搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

水滴撞击结冰过程的分子动力学模拟

董琪琪 胡海豹 陈少强 何强 鲍路瑶

水滴撞击结冰过程的分子动力学模拟

董琪琪, 胡海豹, 陈少强, 何强, 鲍路瑶
PDF
导出引用
导出核心图
  • 利用三维分子动力学模拟方法,研究了纳米尺度水滴撞击冷壁面的结冰过程.数值模拟中,统计系统采用微正则系综,势能函数选用TIP4P/ice模型,温度校正使用速度定标法,牛顿运动方程的求解采用文莱特算法,水滴内部结冰过程则通过统计垂直方向水分子温度分布来判定.研究发现,当冷壁面温度降低时,水滴完全结冰的时间减小,但水滴降至壁面温度的时间却增大;同时随着壁面亲水性降低,水滴内部热传递速度减慢(尤其是冷壁面与水滴底端分子层间),水滴内部温度趋于均匀,但水滴完全结冰时间延长.
      通信作者: 胡海豹, huhaibao@nwpu.edu.cn
    • 基金项目: 深圳市基础研究项目(批准号:JCYJ20160510140747996)和陕西省自然科学基础研究计划(批准号:2016JM1002)资助的课题.
    [1]

    Jung S, Tiwari M K, Doan N V, Poulikakos D 2012 Nat. Commun. 3 615

    [2]

    Jin Z, Wang Z, Sui D 2016 Int. J. Heat. Mass. Trans. 97 211

    [3]

    Wang Y, Orol D, Owens J, Simpson K, Lee H J 2013 Mater. Sci. Appl. 04 347

    [4]

    Dalili N, Edrisy A, Carriveau R 2009 Renew Sust. Energ. Rev. 13 428

    [5]

    Zou L, Xu H J, Gong S K, Li D W 2010 China Safety Sci. J. 20 105 (in Chinese) [周莉, 徐浩军, 龚胜科, 李大伟 2010 中国安全科学学报 20 105]

    [6]

    Xiao S, He J, Zhang Z 2017 Acta Mech. Solida Sin. 30 224

    [7]

    Yao Y, Li C, Zhang H, Yang R 2017 Appl. Surf. Sci. 419 52

    [8]

    Zou M, Beckford S, Wei R, Ellis C, Hattonc G, Millerb M A 2011 Appl. Surf. Sci. 257 3786

    [9]

    Zhang C, Liu H 2016 Phys. Fluids 28 260

    [10]

    Quero M, Hammond D W, Purvis R, Smith F T 2006 AIAA 466

    [11]

    Mishchenko L, Hatton B, Bahadur V, Taylor J A, Krupenkin T, Aizenberg J 2010 ACS Nano 4 7699

    [12]

    Jung S, Dorrestijn M, Raps D, Das A, Megaridis C M, Poulikakos M 2011 Langmuir 27 3059

    [13]

    Li H, Roisman I V, Tropea C 2011 Proceeding of the Sixth International Conference on Fluid Mechanics 1376 451

    [14]

    Yang G, Guo K, Li N 2011 Int. J. Refrig. 34 2007

    [15]

    Zhang D L, Yang X, Ang H S 2003 J. Propul. Power 18 87 (in Chinese) [张大林, 杨曦, 昂海松 2003 航空动力学报 18 87]

    [16]

    Yang Q, Chang S N, Yuan X G 2002 Acta Aeronaut. Astronaut. Sin. 23 173 (in Chinese) [杨倩, 常士楠, 袁修干 2002 航空学报 23 173]

    [17]

    Chen K, Cao Y H 2008 Aeronaut. Comput. Tech. 38 36 (in Chinese) [陈科, 曹义华 2008 航空计算技术 38 36]

    [18]

    Sheng Q, Xing Y M, He C 2009 Aeronaut. Comput. Tech. 39 37 (in Chinese) [盛强, 邢玉明, 何超 2009 航空计算技术 39 37]

    [19]

    Yuan Q Z, Zhao Y P 2010 Phys. Rev. Lett. 104 246101

    [20]

    Xiao S, He J Y, Zhang Z X 2016 Nanoscale 8 14625

    [21]

    Bi Y, Cao B, Li T 2017 Nat. Commun. 8 15372

    [22]

    Abascal J L, Sanz E, García F R, Vega C 2005 J. Chem. Phys. 122 234511

    [23]

    Hong S D, Ha M Y, Balachandar S 2009 J. Colloid Interf. Sci. 339 187

    [24]

    Evans D J, Morriss G P 1986 Phys. Rev. Lett. 56 2172

    [25]

    Hu H B, He Q, Yu S X, Zhang Z Z, Song D 2016 Acta Phys. Sin. 65 104703 (in Chinese) [胡海豹, 何强, 余思潇, 张招柱, 宋东 2016 物理学报 65 104703]

    [26]

    Fitzner M, Sosso G C, Cox S J, Michaelides A 2015 J. Am. Chem. Soc. 137 13658

    [27]

    Liu K, Wang C, Ma J, Shi G, Yao X, Fang H, Song Y L, Wang J J 2016 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113 14739

  • [1]

    Jung S, Tiwari M K, Doan N V, Poulikakos D 2012 Nat. Commun. 3 615

    [2]

    Jin Z, Wang Z, Sui D 2016 Int. J. Heat. Mass. Trans. 97 211

    [3]

    Wang Y, Orol D, Owens J, Simpson K, Lee H J 2013 Mater. Sci. Appl. 04 347

    [4]

    Dalili N, Edrisy A, Carriveau R 2009 Renew Sust. Energ. Rev. 13 428

    [5]

    Zou L, Xu H J, Gong S K, Li D W 2010 China Safety Sci. J. 20 105 (in Chinese) [周莉, 徐浩军, 龚胜科, 李大伟 2010 中国安全科学学报 20 105]

    [6]

    Xiao S, He J, Zhang Z 2017 Acta Mech. Solida Sin. 30 224

    [7]

    Yao Y, Li C, Zhang H, Yang R 2017 Appl. Surf. Sci. 419 52

    [8]

    Zou M, Beckford S, Wei R, Ellis C, Hattonc G, Millerb M A 2011 Appl. Surf. Sci. 257 3786

    [9]

    Zhang C, Liu H 2016 Phys. Fluids 28 260

    [10]

    Quero M, Hammond D W, Purvis R, Smith F T 2006 AIAA 466

    [11]

    Mishchenko L, Hatton B, Bahadur V, Taylor J A, Krupenkin T, Aizenberg J 2010 ACS Nano 4 7699

    [12]

    Jung S, Dorrestijn M, Raps D, Das A, Megaridis C M, Poulikakos M 2011 Langmuir 27 3059

    [13]

    Li H, Roisman I V, Tropea C 2011 Proceeding of the Sixth International Conference on Fluid Mechanics 1376 451

    [14]

    Yang G, Guo K, Li N 2011 Int. J. Refrig. 34 2007

    [15]

    Zhang D L, Yang X, Ang H S 2003 J. Propul. Power 18 87 (in Chinese) [张大林, 杨曦, 昂海松 2003 航空动力学报 18 87]

    [16]

    Yang Q, Chang S N, Yuan X G 2002 Acta Aeronaut. Astronaut. Sin. 23 173 (in Chinese) [杨倩, 常士楠, 袁修干 2002 航空学报 23 173]

    [17]

    Chen K, Cao Y H 2008 Aeronaut. Comput. Tech. 38 36 (in Chinese) [陈科, 曹义华 2008 航空计算技术 38 36]

    [18]

    Sheng Q, Xing Y M, He C 2009 Aeronaut. Comput. Tech. 39 37 (in Chinese) [盛强, 邢玉明, 何超 2009 航空计算技术 39 37]

    [19]

    Yuan Q Z, Zhao Y P 2010 Phys. Rev. Lett. 104 246101

    [20]

    Xiao S, He J Y, Zhang Z X 2016 Nanoscale 8 14625

    [21]

    Bi Y, Cao B, Li T 2017 Nat. Commun. 8 15372

    [22]

    Abascal J L, Sanz E, García F R, Vega C 2005 J. Chem. Phys. 122 234511

    [23]

    Hong S D, Ha M Y, Balachandar S 2009 J. Colloid Interf. Sci. 339 187

    [24]

    Evans D J, Morriss G P 1986 Phys. Rev. Lett. 56 2172

    [25]

    Hu H B, He Q, Yu S X, Zhang Z Z, Song D 2016 Acta Phys. Sin. 65 104703 (in Chinese) [胡海豹, 何强, 余思潇, 张招柱, 宋东 2016 物理学报 65 104703]

    [26]

    Fitzner M, Sosso G C, Cox S J, Michaelides A 2015 J. Am. Chem. Soc. 137 13658

    [27]

    Liu K, Wang C, Ma J, Shi G, Yao X, Fang H, Song Y L, Wang J J 2016 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113 14739

  • [1] 尹玉明, 赵伶玲. 离子浓度及表面结构对岩石孔隙内水流动特性的影响. 物理学报, 2020, 69(5): 054701. doi: 10.7498/aps.69.20191742
    [2] 王艳, 徐进良, 李文, 刘欢. 超临界Lennard-Jones流体结构特性分子动力学研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191591
    [3] 郭慧, 王雅君, 王林雪, 张晓斐. 玻色-爱因斯坦凝聚中的环状暗孤子动力学. 物理学报, 2020, 69(1): 010302. doi: 10.7498/aps.69.20191424
    [4] 周峰, 蔡宇, 邹德峰, 胡丁桐, 张亚静, 宋有建, 胡明列. 钛宝石飞秒激光器中孤子分子的内部动态探测. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191989
    [5] 周旭聪, 石尚, 李飞, 孟庆田, 王兵兵. 利用双色激光场下域上电离谱鉴别H32+ 两种不同分子构型. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200013
    [6] 罗菊, 韩敬华. 激光等离子体去除微纳颗粒的热力学研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191933
    [7] 任县利, 张伟伟, 伍晓勇, 吴璐, 王月霞. 高熵合金短程有序现象的预测及其对结构的电子、磁性、力学性质的影响. 物理学报, 2020, 69(4): 046102. doi: 10.7498/aps.69.20191671
    [8] 廖天军, 吕贻祥. 热光伏能量转换器件的热力学极限与优化性能预测. 物理学报, 2020, 69(5): 057202. doi: 10.7498/aps.69.20191835
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  455
  • PDF下载量:  365
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-06
  • 修回日期:  2017-12-11
  • 刊出日期:  2018-03-05

水滴撞击结冰过程的分子动力学模拟

  • 1. 西北工业大学航海学院, 西安 710072;
  • 2. 西北工业大学深圳研究院, 深圳 518057;
  • 3. 中国船舶重工集团公司第七〇五研究所, 西安 710077
  • 通信作者: 胡海豹, huhaibao@nwpu.edu.cn
    基金项目: 

    深圳市基础研究项目(批准号:JCYJ20160510140747996)和陕西省自然科学基础研究计划(批准号:2016JM1002)资助的课题.

摘要: 利用三维分子动力学模拟方法,研究了纳米尺度水滴撞击冷壁面的结冰过程.数值模拟中,统计系统采用微正则系综,势能函数选用TIP4P/ice模型,温度校正使用速度定标法,牛顿运动方程的求解采用文莱特算法,水滴内部结冰过程则通过统计垂直方向水分子温度分布来判定.研究发现,当冷壁面温度降低时,水滴完全结冰的时间减小,但水滴降至壁面温度的时间却增大;同时随着壁面亲水性降低,水滴内部热传递速度减慢(尤其是冷壁面与水滴底端分子层间),水滴内部温度趋于均匀,但水滴完全结冰时间延长.

English Abstract

参考文献 (27)

目录

    /

    返回文章
    返回