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LAMMPS讲解31-纳米流动剪切应力计算方法对比

前面的例子讲到LAMMPS中原生的计算局部应力的方法只适应于体相系统,而不能在界面上进行计算。另一种计算方法则可以在界面上进行计算。两种方法分别是Harashima方法和Irving-Kirkwood方法,以下记为H方法和IK方法。下面通过以下简单的纳米尺度下的剪切驱动流来证明H方法并不能用来计算界面附近的局部应力。而现在IK方法在去除宏观速度方面还有待修正。通过修改源代码又可以发一篇小文章。将两种方法应用于以氩为基础流体的模拟中可以进行纳米流体的研究,得到局部粘度,热导率等信息加上理论分析,使用这个理论上的模型可以发一篇不错的论文。这对于没有太多计算资源而着急发论文的同学是再合适不过了。

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模拟的模型如下:

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首先来看密度分布。密度分布出现了周期性振荡,这是纳米流动的典型特征。就是在界面上的这个信息导致H方法在界面处的局部应力计算失败。

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速度分布也出现了振荡,这个是什么问题呢,我还在纠结。

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正应力如下。对于pyy来说在y方向上没有宏观速度,那么应力应该处处相等,但是H方法在界面处出现了振荡,而IK方法则没有。这就表明H方法的错误和IK方法的正确。对于pxx由于在x方向上存在宏观速度,速度对应力的贡献导致IK方法也出现了振荡并且与H方法结果相同。这个结果可以通过修正计算应力的方法来得到正确的pxx。这个简单的修正和细致的计算可以发一篇小文章。

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在剪切驱动流动根据定常流动的力学平衡,可以确定剪切应力在不同位置出应该为定值。但是H方法只在体相区为定值,而在界面附近不为定值,再次说明H方法的不合理。而IK方法则完美的计算出了定值的剪切应力,说明IK方法的正确性。

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感谢鲍路瑶老师的分享,内容来自于鲍老师分享出来的资料

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