MonteCarlo方法的研究气液相转变区热力学参数.pdfVIP

中国工程热物理学会 991042 工程熟力学与越潭衬用学术会议 Monte Carlo方法研究气液相转交区热力学参数。 冯晓利 李志信 过增元 (清华大学工程力学系北京100084) 本文用Monte 摘蔓： Carlo方法模拟T-维氩分子系统的热力学参数．模拟范围包括气、液单相区和 气液两相区，侧重子研究气液两相区．模拟在正则(Ⅳ哪系综中进行，分子问作用势采用截断的 derWaals方程指出的宏观 分子系统的等温相转变具有连续渐变的特征；井能够以稳定的状态存在于vail der 热力学状志的不稳定区。依据理论分析得到的二维van Weals方程对模拟等温线进行非线性拟合．确 定了该二维啪derWaals方程中与温度有关的参数．在同样的正则系练中沿等容线的计算显示了定容比 热的奇异特性． 关饕词I MonteCarlo方法 1．前言 近十余年来，热科学中的空间／时间微小尺度问题愈来愈受到研究者的关注，如微细 空问的流动与换热、MEMS领域中涌现出的热现象与热问题、微小时间尺度热传导、相 变与界面动力学等n“．围绕这些问题所进行的探索既开拓出了新的研究领域。也引发了 Carlo方 对于已有理论的重新思考。半个世纪以来，随着计算机科学技术的进步，Monte 法和分子动力学(Molecular Dynamics)模拟方法逐渐发展为现代物理和化学中较为成熟 而有效的工具”】。在热科学中引入分子模拟技术，细致地研究微小尺度(微米一纳米量级 的空间尺度，皮秒～飞秒量级的时间尺度)的热现象Il,21，不仅有助于揭示现象的物理机制， 而且是联结微观与宏观的有效途径。 MonteCarlo方法由yon 起来，并由于在计算中大量使用随机数而得名【．1。早期的开创性研究为计算机模拟由分子 ，原子组成的系统的热力学行为奠定了基础。基于统计热力学理论和分子间作用势模型， MonteCarlo方法构造随机过程来模拟粒子系统的热力学演进。在对统计系综模拟中，根 据Metropolis重要性抽样原则，由对系统位形进行随机抽样所得到的相空间中的状态点 MonteCarlo方法的原理决定了其适宜于模拟平衡系统的特性，因此广泛地应用于模拟多 子闻作用势能模型和MonteCarlo模拟技术的晟新进展。 物理化学领域内针对该系统(氩为其典型代表)已经开展了不少研究工作。在对二维 和自洽胞腔理论(用于固态)的分析与MonteCarlo模拟相结合，得到了形状与三维情形相 ·固謇自然科学基空资助项目 l一55 §g毒≥。窜警∞一一 似的二维系统的相图，给出了液／圃转变～级相变的证据。尽管给出了完整的二维相图， (1991)t91各自采用Gibbs系综Monte 平衡，计算得到了n，坐标系中的气液平衡相包线。其中1LR．Singh与其合作者侧重于 断处理对于模拟得到的二维系统相图的可观影响。这些工作为以后的研究提供了可资比 拟的参照数据，尤其是可以针对经常使用的几种不同截断处理的势能函数。关于气液相 平衡的模拟研究工作及所得到的二维相图为进一步从分子尺度模拟研究气液相转变、气 液界面等问题奠定了