複雑溶媒中のコロイド系のための直接数値シミュレーション

复杂溶剂中胶体系统的直接数值模拟

基本信息

批准号：
18740262
负责人：
名嘉山祥也
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18740262/
关键词：
電気泳動直接数値シミュレーションブラウン運動

项目摘要

本課題で目的としたコロイド分散系の直接シミュレーションの開発に対して、ブラウン運動の導入を行った。従来、コロイド粒子のブラウン運動は、溶媒自由度について縮約されたLangevin方程式で取り扱うことが多くなされてきた。しかしながら溶媒自由度の縮約によって、溶媒の力学相互作用が無視されるか、不正確な近似式で取り扱われてきた。本課題の直接シミュレーションでは、溶媒の流動も解きながら熱揺らぎを導入し、自然な形でコロイドのブラウン運動を解くことができた。溶媒の熱揺らぎと流体力学相互作用の共存によって、コロイドのブラウン運動に長時間相関(速度相関関数のロングタイムテール)が発現することが理論的に予測されている.本開発シミュレーションでは、この流体力学相互作用によるロングタイムテールを定量的に再現することに成功した。これにより、運動方程式に特別な近似を用いずに,(1)コロイドの運動の長時間相関と(2)溶媒による多体相関が直接計算・予測できるようなった.本直接シミュレーションは、計算効率の上でもコロイド多体系に適用可能である。したがって、溶媒の熱揺らぎと流体力学相互作用を同時に考慮して、コロイド多体系や高分子系や複合系の緩和現象や構造形成などの計算が可能となっており,様々な系への波及が期待される.

引入布朗运动是为了开发胶体分散系统的直接模拟，这是该项目的目标。传统上，胶体颗粒的布朗运动通常使用关于溶剂自由度的简化朗之万方程来处理。然而，由于溶剂自由度的收缩，溶剂的机械相互作用被忽略或用不准确的近似处理。在该项目的直接模拟中，我们引入了热波动，同时也求解了溶剂的流动，并且能够以自然的方式求解胶体的布朗运动。理论上预测，由于溶剂的热波动和流体动力相互作用的共存，胶体的布朗运动将出现长时相关性（速度相关函数的长时尾）。我们成功地定量再现了长时相关性。 -机械相互作用引起的时间拖尾。这使得可以直接计算和预测（1）胶体运动的长期相关性和（2）由于溶剂而产生的多体相关性，而无需使用运动方程的特殊近似。这种直接模拟在计算上是高效的。它也适用于胶体多体系统。因此，可以通过同时考虑溶剂的热波动和流体动力学相互作用来计算胶体多体系统、聚合物系统和复合系统的弛豫现象和结构形成，并且这对各种系统具有预期的意义。