A stochastic algorithm for simulating binary diffusion of gases
Стохастический алгоритм моделирования бинарной диффузии газов

Valerii Rudyak, Evgenii Lezhnev
2017 Science Bulletin of the Novosibirsk State Technical University  
Надежное прогнозирование характеристик течений жидкостей и газов важно как с точки зрения теории, так и практически. Методов моделирования коэффициентов переноса разреженных газов до недавнего времени не было. Нами разработан стохастический алгоритм моделирования динамики разреженного газа, с помощью которого были вычислены соответствующие коэффициенты самодиффузии и вязкости. В данной работе этот алгоритм обобщается для моделирования бинарных смесей разреженных газов. Рассматриваются системы
more » ... лекул, взаимодействующие между собой посредством потенциала твердых сфер. В начальный момент времени все молекулы в некотором произвольном порядке вносятся в список. Затем последовательно для каждой молекулы реализуется процесс соударения. Пары сталкивающихся молекул выбираются случайно. Тестирование алгоритма проведено на примере расчета коэффициента диффузии. Вследствие того, что для вычисления коэффициента диффузии по формулам Грина-Кубо необходима информация только о скоростях молекул, время расчета удается существенно сократить, убрав фазу обработки смещений молекул. Рассмотрена диффузии бинарных смесей Kr-Ar, Xe-Kr, Xe-Ar при нормальных условиях. Диаметры молекул определялись на основе кинетической теории разреженных газов. Сопоставление данных моделирования коэффициента диффузии с экспериментальными показывает, что предлагаемый алгоритм позволяет получить достаточно хорошую точность: около 3 % при 3200 молекулах. Однако эту точность нетрудно повысить, увеличив число молекул в системе. Точность растет и с увеличением числа фазовых траекторий системы, по которым производится усреднение рассчитываемых коэффициентов переноса. Ключевые слова: процессы переноса, диффузия, разреженный газ, стохастическое моделирование, бинарные смеси, молекулярное моделирование, твердые сферы
doi:10.17212/1814-1196-2017-3-95-103 fatcat:p3nb7ntbczfjjmozod3wqprnem