关于非均匀系统局部平均压力张量的推导及对均匀流体的分析

摘要：

由维里定理导出的适用于均匀系统的平衡态压力张量表达式可以分成两部分:动压力张量和位形压力张量.人们进而对平衡的非均匀系统进行物理分析得到了局部平均压力张量表达式.本文用更为简洁的方法推导出这一表达式.给出以原子直径为长度单位的局部平均尺寸L*>8条件下均匀流体系统平均位形压力中的三部分贡献项(体贡献项、面贡献项和线贡献项)与L*的理论关系式(含有待定参数);以氩原子气体为例,在温度180 K、原子数密度0.8下,对原子间采用林纳德-琼斯势进行了分子动力学模拟,给出了0.4≤L*≤17条件下三项贡献及总位形压力的模拟曲线,确定了L*>8条件下理论关系式中的待定系数,并得到在L*>2时,随着L*的增大,体贡献项从正压单调下降并趋于负的总位形压力,面贡献项和线贡献项都单调上升并趋于零,但线贡献项趋向零最快.从物理上解释了小尺寸L*下各项行为的复杂特点.得出L*足够大,才可以忽略面贡献项和线贡献项,而在纳米尺度下,忽略面贡献项和线贡献项,也就是忽略边界效应会给计算带来明显的误差.最后通过分子动力学模拟得出位形压力随着温度的升高而升高.这些结论对于压力张量的分子动力学模拟计算时选项的最优化是有意义的.

关键词：维里定理、分子动力学模拟、表面张力、局部压力张量、位形压力

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资助基金：国家自然科学基金11072242;国家重点研发计划2016YFB0700500;河北省高等学校科学技术研究重点项目ZD2018301;河北省重点研发计划自筹项目 批准号 18211233 和沧州市自然科学基金 177000001 资助的课题

在线出版日期：2019-08-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：110-117