Direct simulation monte carlo of clusters growth processes on the base of size-corrected classical nucleation theory
Based on the direct simulation Monte Carlo method the algorithm for calculation of clusters for-mation and growth on the basis of classical and size-corrected classical nucleation theory is suggested. Using the proposed algorithm 1D copper vapor flow simulations in the transient Knudsen number regime were fulfilled. The sufficient difference in clusterization degree and in clusters size distribution was observed in comparison of results of classical and size-corrected classical theory application.
Для метода прямого статистического моделирования предложен алгоритм расчета образования и роста кластеров на базе классической и модифицированной классической теории нуклеации с поправкой при малых размерах кластеров. С использованием разработанного алгоритма выполнен расчет одномерного течения пара меди в переходном по числу Кнудсена режиме. Показано существенное различие в степени кластеризации и в распределениях кластеров по размерам при моделировании в рамках классической и модифицированной классической теорий.
1. А.В.Булгаков, Н.М.Булгакова, И.М.Бураков, Н.Ю.Быков и др. Синтез наноразмерных материалов при воздействии мощных потоков энергии на вещество, Новосибирск, Изд-во: Институт теплофизики СО РАН, 2009, 462с.
2. Н.Ю. Быков. Моделирование процесса конденсации при сферическом расширении водяного пара в вакуум // Теплофизика и аэромеханика, 2009, Т.16, No.2, С.189-199.
3. Н.Ю.Быков, Г.А.Лукьянов, О.И.Симакова. Прямое статистическое моделирование процессов образования и роста кластеров при расширении пара от внезапно включенного сферического источника // Прикладная механика и техническая физика, 2009, No.1, Т. 50, C.101-109.
4. Z.Li, J.Zhong, D.A.Levin, B.J.Garrison, Kinetic nucleation model for free expanding water condensation plume simulations, In: Proceedings of 26th int. symposium on RGD, AIP conference proceedings, Melville, New York, 2009, Vol. 1084, pp. 613-618.
5. T.E.Itina, K.Gouriet, L.V.Zhigilei, S.Noel, J.Hermann, M.Sentis. Mechanisms of small clusters production by short and ultra-short pulse laser ablation // Appl. Surf. Sci., 2007, Vol. 253, P. 7656-7661.
6. D.A.Levin, J.Zhong, Kinetic multiscale modeling and simulation of cluster formation processes in free gas expansions using DSMC, In Proc. of 25th Int. Symp. on RGD, Publishing House of SB RAS, Novosibirsk, pp. 619-626 (2007).
7. J.Zhong, S.F.Gimelshein, M.I.Zeifman, D.A.Levin. Modeling of homogeneous condensation in supersonic plumes with the DSMC method, AIAA 2004-0166, In: Proc. of 42nd aerospace sciences meeting, Jan.5-8, Reno, Nevada.
8. В.Н.Кондратьев, Е.Е.Никитин. Кинетика и механизм газофазных реакций. Изд-во: Москва, Наука, 1974, 558 с.
9. Л.Е.Стернин. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах, Москва, Изд-во: Машиностроение, 1974, 212 с.
10. S.Kotake, I.I.Glass. Flows with nucleation and condensation // Prog. Aerospace Sc., 1981, Vol.19, P.129-196.
11. Б.Ф.Гордиец, Л.А.Шелепин, Ю.С.Шмоткин. Математическая модель кинетики изотермической конденсации // Химическая Физика, 1982, Т.2, № 10, С.1391-1400.
12. D.I.Zhukhovitskii. Size-corrected theory of homogeneous nucleation // J. Chem. Phys., 1984, Vol. 101, No. 6, P.5076-5080.
13. Б.В.Егоров, Ю.Е.Маркачев, Е.А.Плеханов. Квазихимическая модель нуклеации паров воды // Химическая Физика, 2006, Т.25, № 4, С.61-70.
14. А.А.Лушников, А.Г.Сутугин. // Успехи химии, 1976, Т.45, No 3, С.386
15. B.K.Rao, B.M.Smirnov. Cluster growth in expanding copper vapor. // Mater.Phys.Mech, 5 (2002).
16. А.Н. Несмеянов. Давление пара химических элементов, 1961, Москва, Изд-во АН СССР, 396с.
17. G.A.Bird, Molecular gas dynamics and the direct simulation of gas flows, Clarenton Press, Ox-ford, 1994, 484p.
18. D.Sibold, H.M.Urbassek. Monte Carlo study of Knudsen layers in evaporation from elemental and binary media // Phys. Fluids,1993, A 5(1), P.243-255.
