CN115935509A 审中 一种高超声速气固界面原子碰撞事件统计方法
1.一种高超声速气固界面原子碰撞事件统计方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)建立微纳尺度物体在气体环境中运动的分子动力学模型,在NAMD软件中采用受控分子动力学SMD技术牵引物体以预设的速度飞行,系统达到稳态后按一定频率输出体系内所有原子的位置和速度信息;
(2)将步骤(1)输出的包含所有原子位置和速度信息的文件导入VMD软件,根据气-固原子之间范德华力截断半径,编写脚本统计某一时间段内出现在物体前表面截断半径距离内的所有气体原子序号,输出这些原子在统计时间段内的坐标、速度和势能;
(3)基于MATLAB软件编写脚本对步骤(2)所得的原子的坐标、速度和势能信息进行处理,定义气体原子i在气-固原子相互排斥距离内发生的运动方向逆转时刻t为碰撞点,即[ri(t)-ri(t-1)]/[ri(t+1)-ri(t)]<0&ri(t)<d排斥力
(4)根据步骤(3)中的碰撞点,前序搜索得到气体原子进入截断半径距离的入射点,后序搜到得到气体原子离开截断半径距离的反射点,即可得到一次碰撞事件的入射点、碰撞点和反射点,按上述方法遍历与表面相互作用的所有气体原子运动轨迹,得到统计时间段内所有碰撞事件信息。
2.如权利要求1所述的一种高超声速气固界面原子碰撞事件统计方法,其特征在于,步骤(1)所述模拟体系中飞行物体的材料、尺寸、几何形状、气体原子类型和密度等是可设计的,模拟体系在三个方向上均采用周期性边界条件,体系内原子位置和坐标信息每50飞秒输出一次,保证高精度捕捉原子碰撞过程。
3.如权利要求1所述的一种高超声速气固界面碰撞事件统计方法,其特征在于,步骤(2)中得到飞行物体前表面实时坐标后,在VMD软件中统计每一时刻前表面截断半径距离内的所有气体原子序号,通过对不同时刻的气体原子序号集合求并集得到所有可能与前表面发生碰撞的气体原子序号。
4.如权利要求1所述的一种高超声速气固界面原子碰撞事件统计方法,其特征在于,步骤(3) 中所定义的气体原子与表面的碰撞点发生在气固原子相互作用表现为排斥力的距离内,发生在气固原子相互吸引距离内的碰撞点不被识别为气固原子碰撞事件。
5.如权利要求1所述的一种高超声速气固界面原子碰撞事件统计方法,其特征在于,步骤(4)所述的碰撞事件根据气体原子在表面跳跃次数的不同,可分为入射-立即反射型、入射-多次跳跃-反射型、入射-吸附-脱落型。
6.如权利要求1所述的一种高超声速气固界面原子碰撞事件统计方法,其特征在于,气体原子和表面原子之间的范德华相互作用力由Lennard-Jones势函数描述,采用截断方法计算相互作用势。
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