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马修·博格。;邓肯·A·洛克比。;杰森·瑞斯（Jason M.Reese）。

具有原子分辨率的流体模拟：一种具有场向耦合的混合多尺度方法。 （英语） Zbl 1349.76048号

J.计算。物理学。 255, 149-165 (2013).
摘要：我们提出了一种新的混合方法，用于模拟具有多尺度行为的稠密流体系统，特别是Navier-Stokes模型在部分计算域中可能无效的系统。我们将分子动力学应用于局部微观细化，以校正域主体中的Navier-Stokes本构近似，并提供边界表面速度滑移的直接测量。我们的混合方法在一些基本方面不同于现有的技术，例如异构多尺度方法（HMM）。在我们的方法中，为宏观模型提供信息的单个分子解算器不与节点处的连续网格耦合（即点-线耦合），而是在分布的异质场上发生耦合（这里称为场-线耦合（field-wise coupling））。这提供了两个主要优势。然而，点耦合HMM仅限于在所有空间方向上高度尺度分离的流动区域（即流体中的非平衡状态可以由单个应变张量和温度梯度矢量充分描述），我们的场耦合HMM没有此类限制，因此可以应用于具有任意不同尺度分离度的流动（例如，从大型水库流入纳米通道的流动）。第二个主要优点是分子元素的位置不需要与连续体网格的节点并置，这意味着微观校正的分辨率可以独立于连续体模型的分辨率进行调整。这反过来意味着分子校正的计算成本和准确性可以独立控制和优化。单个分子解算器的宏观约束是与标准周期一起使用的人工体力分布。我们对牛顿流体（Lennard-Jones）和非牛顿流体（FENE）的Poiseuille流动问题测试了我们的混合方法。多尺度结果通过相同情况下昂贵的全尺寸分子动力学模拟进行了验证。在所有情况下都获得了非常接近的一致性，只需两个微量元素即可准确捕获牛顿和非牛顿流场。我们的多尺度方法收敛速度很快（在3-4次迭代内），计算效率比全尺寸模拟高一个数量级。

引用于4文件

MSC公司：

76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
76A05型 非牛顿流体
76米25 其他数值方法（流体力学）（MSC2010）
65M99型 偏微分方程、初值和含时初边值问题的数值方法

关键词：

多尺度模拟;混合方法;分子动力学;耦合求解器;刻度分离;牛顿流和非牛顿流;流体动力学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{M.K.Borg}等人，J.Compute。物理学。255149-165（2013年；Zbl 1349.76048）
全文： 内政部
OA许可证

参考文献：

[1] 奥康奈尔，S.T。；汤普森，P.A.，《分子动力学-包含混合计算：研究复杂流体流动的工具》，《物理学》。版本E，52，R5792-R5795（1995）
[2] Hadjiconstantinou，N。；Patera，A.，《稠密流体系统的非均质原子组分方法》，国际期刊Mod。物理学。C、 8967-976（1997）
[3] 瓦格纳，G。；Flekköy，E。；费德，J。；Jössang，T.，耦合分子动力学和连续介质动力学，计算。物理学。社区。，147, 670-673 (2002) ·Zbl 0994.82532号
[4] 德尔加多·布斯卡利奥尼，R。；Coveney，P.V.，《非定常流体流动中质量、动量和能量传递的连续粒子混合耦合》，Phys。E版，67，1-13（2003）
[5] 聂晓波。；Chen，S.Y。；E、 W。；Robbins，M.O.，《微流体和纳米流体流动的连续介质和分子动力学混合方法》，《流体力学杂志》。，500, 55-64 (2004) ·Zbl 1059.76060号
[6] 云达，T。；沃尔瑟，J.H。；Koumoutsakos，P.，稠密流体流动模拟的混合原子-组分方法，J.Compute。物理。，205, 373-390 (2005) ·Zbl 1087.76542号
[7] 博格，M.K。；Macpherson，G.B。；Reese，J.M.，在任意流体流动几何形状中施加连续分子边界条件的控制器，分子模拟。，36, 745-757 (2010)
[8] 博格，M.K。；洛克比，D.A。；Reese，J.M.，《高纵横比微/纳米流动的多尺度方法》，J.Compute。物理。，233, 400-413 (2013)
[9] 博格，M.K。；洛克比，D.A。；Reese，J.M.，微/纳米流体网络中不可压缩流动的混合分子模拟方法，微流体。纳米流体。(2013)
[10] E、 W。；比约恩，E。；钟毅，H.，《异质多尺度方法：多尺度建模的通用方法》，Phys。B版，67，092101（2003）
[11] E、 W。；Engquist，B.，《异质多尺度方法》，Commun。数学。科学。，1, 87-132 (2003) ·Zbl 1093.35012号
[12] Asproulis，N。；卡尔维特，M。；Drikakis，D.，使用点态耦合的混合分子连续体方法，高级工程软件。，46, 85-92 (2012)
[13] Ren，W。；E、 W.，复杂流体和微流体建模的非均匀多尺度方法，J.Compute。物理。，204, 1-26 (2005) ·Zbl 1143.76541号
[14] Yasuda，S。；Yamamoto，R.，《分子动力学和计算流体动力学混合模拟模型》，Phys。流体，20113101（2008）·Zbl 1182.76847号
[15] Lees，A.W。；Edwards，S.F.，《极端条件下运输过程的计算机研究》，J.Phys。C、 固态物理。，1921年5月1日至1928年（1972年）
[16] 帕里内洛，M。；Rahman，A.，《单晶中的多晶转变：一种新的分子动力学方法》，J.Appl。物理。，52, 7182-7190 (1981)
[17] Evans，医学博士。；莫里斯，G.P.，《非平衡液体的统计力学》（1990），学术出版社·Zbl 1145.82301号
[18] Nicholls，W.D。；博格，M.K。；洛克比，D.A。；Reese，J.M.，《利用分子动力学通过不同长度的（7，7）碳纳米管的水传输》，微流体。纳米流体。，12, 257-264 (2012)
[19] Macpherson，G.B。；博格，M.K。；Reese，J.M.，《任意几何结构和平行结构中初始分子动力学构型的生成》，分子模拟。，33, 1199-1212 (2007)
[20] Macpherson，G.B。；Reese，J.M.，《任意几何形状的分子动力学：对力的平行评估》，摩尔模拟。，34, 97-115 (2008) ·Zbl 1140.81467号
[21] (2013)
[22] 汤普森，P.A。；Troian，S.M.，固体表面液体流动的一般边界条件，《自然》，389，360-362（1997）
[23] 贝伦德森，H.J.C。；Postma，J.P.M。；范甘斯特伦，W.F。；迪诺拉，A。；Haak，J.R.，《与外浴耦合的分子动力学》，J.Chem。物理。，81, 3684-3690 (1984)
[24] Tysanner，M.W。；Garcia，A.L.，分子模拟中流体速度的测量偏差，J.Compute。物理。，196, 173-183 (2004) ·Zbl 1115.76399号
[25] 欧文，J.H。；Kirkwood，J.G.，运输过程的统计力学理论。四、 《流体动力学方程》，J.Chem。物理。，18, 817-829 (1950)
[26] Dlugogorski，B.Z。；Grmela，M。；Carreau，P.J.，《库特流中Fene和广义Lennard-Jones哑铃液体的粘度函数：分子动力学研究》，J.Non-Newton。流体力学。，48, 303-335 (1993)
[27] Rudisill，J.W。；Cummings，P.T.，内部自由度对模型聚合物流体非牛顿流变学的贡献，Rheol。《学报》，30，33-43（1991）
[28] Kröger，M。；Hess，S.，通过非平衡分子动力学在聚合物熔体中动态交叉的流变学证据，Phys。修订稿。，85, 1128-1131 (2000)
[29] Hadjiconstantinou，N.G.，《混合原子成分配方和移动接触线问题》，J.Compute。物理。，154, 245-265 (1999) ·Zbl 0935.81080号
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