Molecular dynamics simulations of homogeneous nucleation of Lennard-Jones fluid thermostatted by carrier gas

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201902286678
Title: Molecular dynamics simulations of homogeneous nucleation of Lennard-Jones fluid thermostatted by carrier gas
Author: Tikkanen, Valtteri
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201902286678
http://hdl.handle.net/10138/299778
Thesis level: master's thesis
Discipline: Fysiikka
Abstract: Tässä työssä tutkittiin Lennard-Jones -fluidin ei-isotermistä, homogeenista nukleaatiota molekyylidynaamisten simulaatioiden avulla. Nukleaoituvan aineen termalisointiin käytettiin kantajakaasua, jonka määrä vaihteli simulaatioiden välillä. Nukleaationopeus määritettiin laskemalla aika, jonka jälkeen kukin klusterikoko keskimäärin havaitaan systeemissä ensimmäisen kerran. Kantajakaasun määrän lisääminen kasvatti nukleaationopeutta huomattavasti. Saadut nukleaationopeudet olivat samansuuntaisia Monte Carlo -menetelmällä äskettäin saatujen tulosten sekä aiempien ison simulaatiosysteemin MD-tulosten kanssa. Lisäksi tutkittiin eri klusterikokojen keskimääräista lämpötilaa suhteessa lämpökylvyn lämpötilaan, ja huomattiin että kaasu-neste -muutokseen liittyvä latentti lämpö voi nostaa ylikriittisten klusterien lämpötilan huomattavasti kylvyn lämpötilan yläpuolelle. Lisäksi havaittiin alikriittisia klustereita, joiden lämpötila oli kylvyn lämpötilaa pienempi, kun nukleoituvan aineen tiheyttä pienennettiin.Molecular dynamics was used to study homogenous non-isothermal vapor-liquid nucleation of Lennard-Jones fluid for varying vapor densities and carrier gas concentrations. Nucleation rates were determined by using the small scale mean first-passage time method. Improved thermalization by adding carrier gas was observed to increase the nucleation rates measurably. Good agreement with previous Monte Carlo and large scale MD studies of similar systems was found. Additionally, the temperatures of the growing clusters were monitored. We observed that scarce amount of carrier gas can lead to cluster temperatures significantly exceeding the bath temperature due to latent heat of condensation. Similarly, sub-critical clusters below the bath temperature were observed to emerge when the density of the nucleating substance was lowered.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Tikkanen_Valtteri_Pro_gradu_2019.pdf 1.524Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record