遵循修正 L-J 势的液体纳米液滴正面碰撞的 MD 模拟

本项目使用分子动力学模拟技术，对真空中液氦纳米液滴的“正面”碰撞进行建模和研究。利用 MATLAB 和 C 编写的程序协同进行计算机实验以实现该目标。其中计算开销最大的碰撞模拟由莱斯特大学的高性能计算集群“ALICE”处理。碰撞液滴被建模为从简单立方晶格中截取的点的近似球形集合，遵循修正的 Lennard-Jones 势，并初始化平均速度以确保发生“正面”碰撞。随后，这些点集在长方体区域内发生碰撞，该区域的设计利用了碰撞后碎片的观测角分布特性（倾向于正交于“碰撞轴”的平面）。为了实现所开发的理论模型，作者修改了 D. C. Rapaport 用于建模均匀液态的现有 C 脚本，以适应这种高度非均匀的场景。为了对随时间变化的点的位置和速度进行分析，需要对“液滴”进行精确定义。从度量空间的角度定义了一个对象以满足此需求。使用现有的聚类分析算法 DBSCAN 将此定义应用于模拟中的点。本文展示的结果重点关注碰撞后液滴的三个不同属性，即大小、速度和温度；碰撞速度在根据碰撞可视化检查选取的十个等距平均值范围内变化。给出了碰撞后液滴速度与液滴半径成反比的定量证据，记录了碰撞后的液滴温度分布，并观察到了碰撞速度超过特定阈值时碰撞行为的定性变化。