低温下液氦、液氖热物性的分子动力学模拟.pdf

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1、第33卷第12期工程热物理学报Vo1．33．No．122012年12月JOURNALOFENGINEERINGTHERMOPHYSICSDec．，2012低温下液氦、液氖热物性的分子动力学模拟刘佰奇刘捷卢文强(中国科学院大学物理科学学院，北京100049)摘要本文基于平衡分子动力学模拟方法，采用了含量子修正项的QFH势函数和WK势函数对低温下液氦和液氖进行计算，并通过Green—Kubo公式统计得到热导率和黏性系数。结果表明：液氦和液氖的热导率、黏性系数随温度升高呈线性增大；采用QFH势函数和WK势函数比采用LJ势函数计算得到的热导率更接近实验值

2、，且WK势函数计算结果比采用QFH势获得的结果更准确；WK势函数计算的液氦和液氖的黏性系数也与实验值非常接近。关键词平衡分子动力学；QFH势函数；WK势函数；热导率；黏性系数中图分类号：TK124文献标识码：A文章编号：0253231X(2012)122176—04NumericalSimulationoftheThermophysicalPropertiesofLiquidHeandLiquidNeatLOWTemperatureLIUBai—-QiLIUJieLUWen·-Qiang(UniversityofChineseAcademyofS

3、ciences，Beijing100049，China)AbstractBasedontheequilibriummoleculardynamicsmethod，thethermophysicalpropertiesofliquidHeandliquidNeatlowtemperaturearecalculatedbyusingtheQFHandWKpoten—tialfunctionincludingquantumcorrectionitems．Thethermalconductivitiesandviscositiesarethenobtai

4、nedthroughtheGreen—Kuboequation．TheresultsshowthattheyincreaselinearlywiththetemperatureandclosertotheexperimentaldatabyusingtheQFHandWKpotentialfunctionthanusingtheLJpotentialfunction．Furthermore，thecalculatedthermalconductivitiesaremoreaccuratebyusingtheWKpotentialthanusing

5、theQFHpotentia1．TheviscositiesoftheliquidHeandliquidNebyusingtheWKpotentialfunctionareveryClOSetotheexperimentaldata．Keywordsequilibriummoleculardynamics(EMD)；QFHpotentialfunction；WKpotentialfunc—tion；thermalconductivity；viscosity0引言惰性元素即氦、氖、氩等，化学性质十分不活泼，低温下LJ势计算结果不准确，宏观量子效应必

6、须加不能燃烧，也不助燃，沸点低，因此被大量应用于低以考虑_213]。但已有研究侧重于在特定温度和密度温制冷、液体泵_1j等工程领域。下的黏性系数、质量扩散系数的模拟，而缺乏对量分子动力学(MolecularDynamics)模拟方法是子流体热导率及其在更宽广温度和压力范围进行研目前应用很广泛的一种计算机模拟方法，结合统计究，此外，应用包含更完整量子效应修正的Wigner—学方法，可得到各种宏观物性参数。Lennard—JonesKirkwood(WK)势的计算还没有见到报道。(LJ)势能模型在常温条件下已被广泛应用于物质获得极端条件下工质的热导率

7、、黏性系数、质量热物性的计算。近年，一些学者通过以费曼路径积扩散系数等热物性参数，对于工程应用显得非常重分形式表达的量子正则分布方程获得的Quantum要本文基于平衡分子动力学(EquilibriumMolec—Feynman—Hibbs(QFH)势来深入研究上述LJ系统ularDynamics)模拟方法，采用QFH势和WK势能低温下的热力学性质、结构和输运性质，诸如质量模型，模拟处于30,-d10K的液体氦、50~110K的扩散系数、黏性系数和系统内能、势能和动能。数值液体氖的热导率和黏性系数，并与实验结果进行了结果与传统LJ势计算结果和实验数

8、据比较表明，比较。收稿日期：2011—12—9；修订日期：2012—11—06基金项目：国家自然科学基金资助项目(No．50876111