水在体积控制拉伸下的空化
软凝聚态物质
2016-09-26 v1 统计力学
摘要
承受负压的液体在热力学上是亚稳态的。限制在小体积内时，负压可以不断累积，直到自发形成空腔。理论上预测在室温下水的空化临界负压在 -100 至 -200 MPa 范围内，而许多实验获得的值约为 -30 MPa。这一差异尚待解决。在本研究中，我们通过分子动力学模拟研究了水在体积控制拉伸下的空化。发现液态水在静水拉伸下表现出非线性弹性可压缩性（或可拉伸性），并在受限体积内保持稳定，直到在临界应变下发生自发空化。随后，随着体积控制拉伸的继续，空腔稳定生长，静水张力持续减小，直到盒子体积大到足以发生另一次相变形成水滴。提出了一种改进的成核理论来预测空化的临界条件。特别地，改进的成核理论预测了空化的临界应变和应力对初始液体体积有很强的依赖性，这可能为实验获得的临界负压值的差异提供了一种可能的解释。
引用
@article{arxiv.1609.07187,
title = {Cavitation of Water by Volume-Controlled Stretching},
author = {Peng Wang and Wei Gao and Justin Wilkerson and Kenneth M. Liechti and Rui Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1609.07187},
year = {2016}
}