Исследование рассеяния газа на поверхности с помощью молекулярно-динамического моделирования и сравнение результатов с теоретическими моделями


Просмотр статьи
PDF, 501,4 КБ

Investigation of gas-surface scattering through molecular dynamics simulation and results comparison with analytical models

The paper is devoted to the comparison of different scattering models for molecular hydrogen interacting with a graphite surface. Such problems occur in many applications related to gas–solid problems in highaltitude-vehicle thermodynamics and nanotechnologies. The scattering kernels by Maxwell, Epstein and Cercignani - Lampis are analyzed for different conditions. A new analytical scattering kernel based on the combination of Epstein and Cercignani - Lampis models is proposed for better agreement with the trajectory computational results.

nucleus scattering, hydrogen, carbon, trajectory calculations, molecular dynamics simulation


Том 14, выпуск 3, 2013 год



Проведено сравнение результатов молекулярно-динамического моделирования рассеяния молекул водорода на поверхности графита с моделями рассеяния Максвелла, Эпштейна и Черчиньяни - Лэмпис. Проанализированы достоинства и недостатки перечисленных моделей при различных условиях. Предложено новое ядро рассеяния, являющееся комбинацией моделей Эпштейна и Черчиньяни - Лэмпис, которое лучше согласуется с результатами траекторных расчетов.

ядро рассеяния, водород, графит, траекторный расчет, молекулярно-динамическое моделирование


Том 14, выпуск 3, 2013 год



1. Коган М.Н. Динамика разреженного газа. М.: Наука, 1967.
440с.
2. Ерофеев А.И. О влиянии шероховатости на взаимодейст-
вие потока газа с поверхностью твердого тела // Изв. АН
СССР. МЖГ. 1967. №6. с.82–89.
3. Пярнпуу А.А. Взаимодействие молекул газа с поверхно-
стями. М.: Наука, 1974. 190 с.
4. Баранцев Р.Г. Взаимодействие разреженных газов с обте-
каемыми поверхностями. М.: Наука, 1975. 344с.
5. Борисов С.Ф., Балахонов В.А., Губанов В.А. Взаимодей-
ствие газов с поверхностью твердых тел. М.: Наука, 1988.
200 с.
6. Cao B., Sun J., Chen M. Molecular momentum transport at
fluid-solid interfaces in MEMS/NEMS: a review // Int. J. Mol.
Sci. 2009. V. 10. № 11. Pp. 4638–4706.
7. Yamaguchi H., Shobatake K., Niimi T. Molecular dynamic
study on rare gas-graphite (0001) surface scattering // Rarefied
Gas Dynam.: 26th Int. Symp. 2008. Pp. 647–652.
6
8. Yamamoto K., Takeuchi H., Hyakutake T. Scattering proper-ties and scattering kernel based on the molecular dynamics analysis of gas-wall interaction // Phys. Fluids. 2007. V. 19, 087102.
9. Ковалев В.Л., Якунчиков А.Н. Коэффициенты аккомода-ции для молекулярного водорода на поверхности графита // Изв. РАН. МЖГ. 2010. № 6. С. 158–165.
10. Cercignani C. The Boltzmann Equation and its Application. N.Y.: Springer, 1988.
11. Maxwell J.C. On stresses in rarefied gases arising from ine-qualities of temperatures // Philos. T. Roy. Soc. 1879. 170. Pp. 231256.
12. Epstein M. A model of the wall boundary condition in kinetic theory // AIAA. 1967. V.5. №10. Pp.17971800.
13. Cercignani C., Lampis M. Kinetic model for gas-surface interaction // Transp. J. Theory and Stat. Phys. 1971. V.1, Pp.101114.