多分散细颗粒随机堆积的动力学模拟

本文利用分子动力学 (MD) 模拟研究了半径在 $1.0 \, \mu m$ 到 $7.0 \, \mu m$ 范围内的单分散和随机尺寸颗粒的二维堆积过程。系统在重力作用下沉降至 $300 \, \mu m \times 500 \, \mu m$ 矩形盒的底部。利用随机数生成器沿盒子定义了五千个细颗粒的初始位置和半径。模拟中考虑了每个颗粒的平移和旋转运动。为了处理相互作用的细颗粒，我们同时考虑了接触力和长程色散力。我们通过线性模型方法考虑了颗粒之间以及颗粒与壁之间的法向和静/滑动切向摩擦力，而长程色散力则使用类似 Lennard-Jones 势来计算。在不同的长程相互作用强度下研究了堆积过程。随着系统随时间的演化，我们对堆积密度、平均配位数和动能时间导数等所研究的不同物理量进行了统计计算。对于随机尺寸颗粒的情况，采用尺寸谱分析获得了随机密排结构 (RCPS) 的径向分布函数 (RDF)。我们发现，长程色散力可以强烈影响堆积过程动力学，因为它们可能会形成大的颗粒团簇，这取决于长程相互作用强度的大小。然而，RCPS 的 RDF 的一般形状受颗粒硬度的影响似乎大于受长程色散力的影响。