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利用LAMMPS 实现导热的分子动力学模拟

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1. LJ体系的热导率模拟

1.1.问题描述


1.2模型说明

具体模型如图1.1所示。本次模拟采用LJ约化单位,晶体为面心立方结构,晶格参数为0.6,沿x100y010方向为10倍晶格长度,z001方向为20倍晶格长度。采用compute chunk/atom将模型沿着z方向分成20块,设置底端0-1晶格长度为热端,中间10-11为冷端。模拟温度为1.35。先让模型在该温度下NVT弛豫1000步。然后再使用NVE系综,冷热源采用langevin控温。热端设置为1.7,冷端设置为1.0,弛豫到热源和冷源的温差达到相对稳定的状态。这时整体的热流基本也达到了稳定状态。此时再继续运行20000,统计冷源和热源的动能转移和温度分布情况,用以计算热导率。


1.1晶体模型示意图


1.3结果整理与分析

在最后一1000步的温度梯度和温差波动如图1.2所示,可以明显看出热端和冷端的温度差,热流保持着相对稳定的状体。由于本次计算采用周期性体系,因此温度呈现V形分布。具体热导率的计算过程为:

(1) 热流密度计算:

总转移能量为(Q):参与能量转移的原子数*(热端转移能量-端转移能量/2

总计算时间为(t):时间步长*运行步数

截面积:lx*ly

热流密度:

(2) 温度梯度计算:

平均温差(dt)0.57

温度梯度(考虑周期性):dt/2/lz

因此本次计算的热导率为3.39


1.2最后一1000步的温度梯度(左)和模拟过程中的温差波动


       

来源:320科技工作室
分子动力学LAMMPS
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首次发布时间:2023-03-10
最近编辑:1年前
320科技工作室
硕士 | 结构工程师 lammps/ms/vasp/
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