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LAMMPS讲解48-纳米流体基本传热性质模拟纳米流体和纳米流动不同。纳米流体是指在液体中添加纳米颗粒的流体介质，纳米流动是指流动特征尺度在纳米量级的流动现象。在通常的纳米流体中，纳米颗粒的直径一般在数百个纳米。这样的量级对于分子动力学来说是很吃力的，因为计算量太大了。所以，我对分子动力学直接模拟纳米流体的热物性参数，甚至流动现象并不看好。但是根据公众号和群友的反馈，做这方面的人还挺多的。然后，你以nanofluid为关键词搜索引用LAMMPS发表的论文，会发现并没有多少顶刊论文。但是针对纳米流体我们还是可以去研究很多基础传热方面的问题。比如不同金属与液体之间热阻或热导效率，可以考虑金属颗粒的组成和形状，如直径，曲率方向等。下面分为两个部分进行介绍纳米流体的基本研究过程。 基本传热性质采用球套球的方式进行模拟。水分子采用粗粒化多体势模型，金属也采用多体势。为什么采用粗粒化模型呢？因为不考虑氢键水分子朝向，这些东西，只关注热物性，粗粒化已经足够描述了。粗粒化带来的优点就是计算速度快。采用全原子模型静电作用的计算就很耗时了。目前水分子的粗粒化模型有几个，我们采用最简单的那个也就是mW模型。在这个模型中一个水分子被当做是一个点。关于粗粒化水分子模型采用的是2019年在NC上的一篇论文：Machine learning coarse grained models for water。这里我们采用文章新开发出的ML-mW势函数。这个势函数是Stillinger-Weber形式的多体势，文章采用遗传算法对对的势函数参数进行了重新拟合。势函数文件可在论文的补充信息中下载，也可以联系我（微信：baolu_yao）发给你。 由于水和金属都采用多体势，所以你的LAMMPS在编译的时候一定要包含manybody包。水和金属的几何模型都可以设置为晶体，因此LAMMPS的create_atoms命令就可完成建模。下面我们通过in文件的编写来讲解建模和模拟过程。 ######基本模拟规则设置######### units metal dimension 3 boundary p p p neighbor 3.0 bin neigh_modify delay 0 every 1 chech yes atom_style atomic pair_style hybrid sw eam lj/cut 10 #######定义几何模型########## #使用LAMMPS内部命令建立模型需要三个命令联用：region命令，create_box命令和create_atoms命令 region box block -90 90 -90 90 -90 90 units box create_box 2 box region sphere_cu 0.0 0.0 0.0 45 units box side in lattice fcc 3.615 create_atoms 1 sphere_cu region sphere_wat_in 0.0 0.0 0.0 45 units box side out region sphere_wat_out 0.0 0.0 0.0 85 units box side in region sphere_wat intersect 2 sphere_wat_out sphere_wat_in lattic fcc 5.10873 create_atoms 2 sphere_wat ########定义物理模型############## pair_style * * sw NULL WT pair_style 1 1 eam Cu_u6.eam pair_style 1 2 lj/cut 0.006 3.0 #水和铜的参数，可以通过一些实验参数进行调节 #######定义分组信息######### group cu type 1 group wat type 2 region cu_fix 0.0 0.0 0.0 5 units box side in group cu_fix region cu_fix group cu_move subtract cu cu_fix group move union wat cu_move ########定义热源区和冷源区######## region cu_hot_in 0.0 0.0 0.0 5 units box side out region cu_hot_out 0.0 0.0 0.0 10 units box side in region cu_hot intersect 2 cu_hot_in cu_hot_out region wat_cold_in 0.0 0.0 0.0 80 units box side out region wat_ cold _out 0.0 0.0 0.0 85 units box side in region wat_ cold intersect 2 wat_ cold _in wat_ cold _out #######弛豫部分####### timestep 0.002 thermo 1000 compute myT move temp thermo_style custom step temp etotal press thermo_modify temp myT flush yes velocity move create 300 3265456 rot yes dist gaussian loop local dump 1 all custom 10000 dump.lammpstrj id type x y z fix fxnvt move nvt temp 300 300 0.2 fix wall wat wall/region wat_cold_out lj93 0.0001 3.0 3.1 run 1000000 write_restart restart.equ fix fxnve move nve fix fxhot cu_move ehex 1 100 region cu_hot fix fxcold wat ehex 1 -100 region wat_cold run 1000000 write_restart restart.steady compute cc1 all chunk/atom bin/sphere 0.0 0.0 0.0 0.0 85 85 units box fix 1 all ave/chunk 1 1000000 3000000 cc1 density/mass temp norm sample file rho_T.profile run 1000000 write_restart restart.stat 建好的模型示意图如下图所示。这是一个二维示意图，实际上圆是球。
模拟结果如下
直接模拟纳米流体的热导率和粘度 尽管我不建议这样做，但是这也算是一个模拟内容。以这样的方式进行模拟，最关键的就是要将模型设置为各项同性的，这就要求你的模型要能足够大，包含足够多的纳米颗粒。由于大多数纳米流体的都是水基的，所以我们还是可以采用上面的模型进行模拟，只是建模有少许差别。后续模拟也有差别。
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