频率相关粘度对液体中分子摩擦力的影响
最优化与控制
2024-08-23 v1 机器学习
摘要
分子在流体中的频率相关摩擦力与流体水动力学性质之间的关系，是分子动力学研究的核心问题。我们利用原子分子动力学模拟和线性水动力学理论，考察了水分子在液态水中运动时的频率相关摩擦力。通过解线性瞬态斯托克斯方程（包括由体积黏度和剪切黏度的频率依赖性），我们解析了在有表面滑移的有限表面粗糙度球体在准弹性可压缩流体中的频率相关摩擦力。两种黏度均由液态水体积模拟确定。我们进一步通过广义朗道方程，从MD模拟轨迹中确定单分子水的频率相关摩擦力。通过拟合有效球半径和滑移长度，瞬态斯托克斯方程得到的频率相关摩擦力与速度相关函数与模拟结果定量吻合。这表明，在使用准确的频率相关黏度参数时，瞬态斯托克斯方程可准确描述单分子水在液态水中的频率相关摩擦力，从而适用于分子尺度。液态水剪切黏度的频率依赖性要求仔细考虑水动力学有限尺寸效应，才能观察到渐近水动力学幂律尾。相比之下，对于在水中运动的甲烷分子，其频率相关摩擦力不能基于均匀模型预测，这表明甲烷分子周围存在厚度有限的水合层，其准弹性特性显著不同于bulk水。
引用
@article{arxiv.2408.12505,
title = {Stochastic Compositional Minimax Optimization with Provable Convergence Guarantees},
author = {Yuyang Deng and Fuli Qiao and Mehrdad Mahdavi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.12505},
year = {2024}
}