一种计算流体比热容的分子动力学模拟计算方法与流程

1.本发明属于微纳尺度分子模拟技术领域；涉及一种分子动力学计算流体比热容的方法。


背景技术：

2.目前使用分子动力学方法研究流体的比热容的研究还比较少，研究比热容是为了研究流体的传热系数，从而利用普朗特数来表示纳米流体在流动过程中，温度边界层和流动边界层的关系。尤其是在计算两相流体时，例如在计算纳米流体的比热容时，不同体积分数情况下流体的比热容敏感度不同，不同温度下，比热容的大小也不同，因此研究流体的比热容对后续计算流体，复杂流体的传热系数具有基础性研究的作用。


技术实现要素：

3.本发明的目的是使用分子动力学模拟计算流体比热容的方法,该方法利用分子动力学模拟方法计算流体在运行过程中能量涨落变化，以及体系中温度的变化，从而计算出流体的比热容，本发明计算出流体的比热容与实际测量值或者混合流体公式计算值之间的吻合度较高，通过与实验值对比得出，使用此方法计算流体的方法具有可行性。
4.为了使用分子动力学的方法计算流体的比热容，本发明提供如下技术方案：一种分子动力学模拟计算流体比热容的方法,其特征在于包括以下步骤：步骤1：使用material studio软件构建流体的分子动力学模型，并将模型转化为data文件，并将其作为分子动力学模拟计算过程中的模型数据；步骤2：对模型进行npt，nvt等系综的模拟平衡，使其在计算之前达到动态平衡；步骤3：计算流体在运行过程能量涨落变化与体系的温度情况，根据公式计算比热容：式中，c表示比热容，表示为能量相对变化，kb表示为玻尔兹曼系数，t表示为体系的温度。
5.计算混合流体比热容公式如下：其中公式中的φ代表体积分数，代表固体颗粒的定压比热，c代表积液的定压比热，ρ代表纳米流体密度，下标中n，bf代表纳米颗粒与基液。
6.将模拟计算得到流体的比热容与实验值或混合流体比热容公式值进行对比，证实使用此方案计算流体比热容具有可行性。
7.本发明的优点在于本发明在模拟计算过程中，比较过4种计算方法，并通过分子动力学模拟的方法计算流体的比热容，研究过程中发现，本发明的研究结果最吻合实验值，因此确定使用本方案对流体的比热容进行计算。
附图说明
8.图1为本发明所示的模拟流程图。
具体实施方式
9.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，根据附图1中模拟流程中对本发明作进一步的详细描述。
10.本发明提供了一种利用分子动力学模拟计算流体比热容的方法,该方法利用分子动力学模拟方法计算流体在运行过程中能量涨落变化，以及体系中温度的变化，从而计算出流体的比热容，本发明计算出流体的比热容与实际测量值或者混合流体公式计算值之间的吻合度较高，通过与实验值对比得出，使用此方法计算流体的方法具有可行性。
11.本发明提供如下技术方案：一种分子动力学模拟计算流体比热容的方法,其特征在于包括以下步骤：步骤1：使用material studio软件构建流体的分子动力学模型，并将模型转化为data文件，并将其作为分子动力学模拟计算过程中的模型数据；步骤2：对模型进行npt，nvt等系综的模拟平衡，使其在计算之前达到动态平衡；步骤3：计算流体在运行过程能量涨落变化与体系的温度情况，根据公式计算比热容：式中，c表示比热容，表示为能量相对变化，kb表示为玻尔兹曼系数，t表示为体系的温度。
12.计算混合流体比热容公式如下：其中公式中的φ代表体积分数，代表固体颗粒的定压比热，c代表积液的定压比热，ρ代表纳米流体密度，下标中n，bf代表纳米颗粒与基液。
13.将模拟计算得到流体的比热容与实验值或混合流体比热容公式值进行对比，证实使用此方案计算流体比热容具有可行性。从计算流体水时的模拟数据，分别计算了290k，300k，310k三种情况下的比热容，数据分别是4134 kj/(kg*k)，3986 kj/(kg*k)，4071 kj/(kg*k)。并与实际值对比，基液在3个温度下与实际值的误差分别为：1.05%、4.59%、2.56%。对于流体的模拟值还是比较准确。


技术特征：
1.一种分子动力学模拟计算流体比热容的方法,其特征在于包括以下步骤：步骤1：使用material studio软件构建流体的分子动力学模型，并将模型转化为data文件，并将其作为分子动力学模拟计算过程中的模型数据；步骤2：对模型进行npt，nvt等系综的模拟平衡，使其在计算之前达到动态平衡；步骤3：计算流体在运行过程能量涨落变化与体系的温度情况，根据公式计算比热容：式中，c表示比热容，表示为能量相对变化，k
b
表示为玻尔兹曼系数，t表示为体系的温度。2.计算混合流体比热容公式如下：其中公式中的φ代表体积分数，代表固体颗粒的定压比热，c代表积液的定压比热，ρ代表纳米流体密度，下标中n，bf代表纳米颗粒与基液。3.将模拟计算得到流体的比热容与实验值或混合流体比热容公式值进行对比，证实使用此方案计算流体比热容具有可行性。

技术总结
本发明提供使用分子动力学模拟计算流体比热容的方法,该方法利用分子动力学模拟方法计算流体在运行过程中能量涨落变化，以及体系中温度的变化，从而计算出流体的比热容，本发明计算出流体的比热容与实际测量值或者混合流体公式计算值之间的吻合度较高，通过与实验值对比得出，使用此方法计算流体的方法具有可行性。具体模拟流程如图1中所示。具体模拟流程如图1中所示。


技术研发人员：李春泉 黄思源 黄红艳 李彩林 王侨 杨昊 刘正伟 李雪斌 张皓 王玉斌 闫丫丫
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2022/4/5