phmathВестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика-МатематикаBulletin of Federal State University of Education. Series: Physics and Mathematics2949-50832949-5067Federal State University of Education10.18384/2310-7251-2023-2-51-64phmath-583Research ArticleФИЗИКАPHYSICSМолекулярное моделирование взаимодействия потока с рельефным теломMolecular modelling of a flow interaction with a relief bodyЗубоваН. В.ZubovaN. V.

Зубова Наталья Валерьевна – кандидат педагогических наук, доцент кафедры физики

109004, г. Москва, ул. Земляной Вал, д. 73

Natalya V. Zubova – Cand. Sci. (Education), Assoc. Prof., Department of Physics

Zemlyanoi Val 73, Moscow 109004

Na448@yandex.ruАмелюшкинИ. А.AmelyushkinI. A.

Амелюшкин Иван Алексеевич – кандидат физико-математических наук, программист лаборатории информационных технологий и прикладной математики Физтех-школы аэрокосмических технологий

141701, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., д. 9

Ivan A. Amelyushkin – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Programmer, Laboratory of Information Technologies and Applied Mathematics, Phystech School of Aerospace Technology

Institutskii per. 9, Dolgoprudnyi 117303, Moscow Region

Amelyushkin_Ivan@mail.ruМосковский государственный университет технологий и управления им. К. Г. РазумовскогоРоссияMoscow State University of Technology and ManagementRussian FederationМосковский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Institute of Physics and TechnologyRussian Federation202314062023025164Copyright © Зубова Н.В., Амелюшкин И.А., 20232023Зубова Н.В., Амелюшкин И.А.Zubova N.V., Amelyushkin I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.physmathmgou.ru/jour/article/view/583Цель

Цель: создание алгоритмов, позволяющих рассчитывать взаимодействие гетерогенного потока с наноструктурированными поверхностями твёрдых веществ из различных материалов, процессов смачивания и движения частиц на поверхности в потоке воздуха. Процедуры и методы. Используются методы молекулярного моделирования, известные физические закономерности и анализ исследований других авторов.

Результаты

Результаты. В настоящей работе развит метод расчёта взаимодействия потока твёрдым телом, покрытие которого имеет рельеф и обладает различной степенью гидрофобности. Методом молекулярной динамики проведены параметрические исследования.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты могут быть использованы при исследовании возможностей управления состоянием пограничного слоя и зарождением турбулентности на молекулярном уровне.

Aim

Aim. We construct algorithms that allow calculating the interaction of a heterogeneous flow with nanostructured surfaces of solids made of various materials, as well as wetting processes and movement of particles on the surface in an air flow.

Methodology

Methodology. Use is made of methods of molecular modeling and known physical laws; studies performed by other authors are analyzed.

Results

Results. A method is developed for calculating the interaction of a flow with a solid body, whose coating has a relief and a different degree of hydrophobicity. Parametric studies are performed using the molecular dynamics method.

Research implications

Research implications. The results can be used to study the possibilities of controlling the state of the boundary layer and the initiation of turbulence at the molecular level.

рельефное теломолекулярное моделированиепотенциалы взаимодействияатомы кристаллической решёткиrelief bodymolecular modelinginteraction potentialscrystal lattice atomsИсследование выполнено при поддержке РФФИ в рамках проекта № 19–29–13024.The study was supported by the Russian Foundation for Basic Research under project № 19–29–13024.ReferencesPriezjev N. V. Collective nonaffine displacements in amorphous materials during largeamplitude oscillatory shear // Physical Review E. 2017. Vol. 95. Iss. 2. P. 023002_1–023002_7. DOI: 10.1103/PhysRevE.95.023002.Priezjev N. V. Collective nonaffine displacements in amorphous materials during largeamplitude oscillatory shear. In: Physical Review E, 2017, vol. 95, iss. 2, pp. 023002_1–023002_7. DOI: 10.1103/PhysRevE.95.023002.Лашков В. А. Взаимодействие твердых частиц газовзвеси с поверхностью сложного профиля // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2008. № 4. С. 125–130.Lashkov V. A. [Interaction of solid particles of two-phase flow with a surface of complicated profile]. In: Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Matematika. Mekhanika. Astronomiya [Vestnik of Saint Petersburg University. Mathematics. Mechanics. Astronomy], 2008, no. 4, pp. 125–130.Panfilov S. V., Tsirkunov Yu. M. Scattering of nonspherical particles rebounding from a smooth and a rough surface in a high-speed gas-particle flow // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2008. Vol. 49. P. 222–230. DOI: 10.1007/s10808-008-0032-4.Panfilov S. V., Tsirkunov Yu. M. Scattering of nonspherical particles rebounding from a smooth and a rough surface in a high-speed gas-particle flow. In: Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2008, vol. 49, pp. 222–230. DOI: 10.1007/s10808-008-0032-4.Allen M., Tildesley D. Computer Simulation of Liquids. London: Clarendon Press, 1987. 385 p.Allen M., Tildesley D. Computer Simulation of Liquids. London, Clarendon Press, 1987. 385 p.Амелюшкин И. А., Стасенко А. Л. Взаимодействие нанокапель аэрозольного потока с твердым телом // Наноструктуры. Математическая физика и моделирование. 2016. Т. 14. № 2. С. 5–23.Amelyushkin I. A., Stasenko A. L. [Interaction of aerosol flow nanodroplets with a solid body]. In: Nanostruktury. Matematicheskaya fizika i modelirovaniye [Nanostuctures. Mathematical physics and Modelling], 2016, vol. 14, no 2, pp. 5–23.Blasius H. Grenzschichten in Flüssigkeiten mit kleiner Reibung // Zeitschrift für angewandte Mathematik und Physik. 1908. Vol. 56. P. 1–37.Blasius H. Grenzschichten in Flüssigkeiten mit kleiner Reibung. In: Zeitschrift für angewandte Mathematik und Physik, 1908, vol. 56, pp. 1–37.A comparison of contact angle measurement results obtained on bare, treated, and coated alloy samples by both dynamic sessile drop and Wilhelmy method / Románszki L.,Mohos M., Telegdi J., Keresztes Zs., Nyiko L. // Periodica Polytechnica. Chemical Engineering. 2014. Vol. 58 (Supplement). P. 53–59. DOI: 10.3311/PPch.7188.Románszki L., Mohos M., Telegdi J., Keresztes Zs., Nyiko L. A comparison of contact angle measurement results obtained on bare, treated, and coated alloy samples by both dynamic sessile drop and Wilhelmy method. In: Periodica Polytechnica. Chemical Engineering, 2014, vol. 58 (Supplement), pp. 53–59. DOI: 10.3311/PPch.7188.ISO/TS 27687:2008. Nanotechnologies – Terminology and definitions for nano-objects – Nanoparticle, nanofibre and nanoplate [Электронный ресурс]. https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:ts:27687:ed-1:v2:en (дата обращения: 20.02.2020).ISO/TS 27687:2008. Nanotechnologies – Terminology and definitions for nano-objects – Nanoparticle, nanofibre and nanoplate. available at: https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:ts:27687:ed-1:v2:en (accessed: 20.02.2020).Batista C. A. S., Larson R. G., Kotov N. A. Nonadditivity of nanoparticle interactions // Science. 2015. Vol. 350 (6257). P. 1242477. DOI: 10.1126/science.1242477.Batista C. A. S., Larson R. G., Kotov N. A. Nonadditivity of nanoparticle interactions. In: Science, 2015, vol. 350 (6257), pp. 1242477. DOI: 10.1126/science.1242477.Rattunde O., Haberland H. Clusterphysik [Электронный ресурс] // Spektrum : [сайт]. URL: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/clusterphysik/2464 (дата обращения: 19.01.2022).Rattunde O., Haberland H. Clusterphysik. In: Spektrum. Available at: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/clusterphysik/2464 (accessed: 19.01.2022).Two types of quasiliquid crystals are formed kinetically / Asakava H., Sazaki G., Nagashima K., Nakatsubo S., Furukava Y. // Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). 2016. Vol. 113 (7). P. 1749–1753. DOI: 10.1073/pnas.1521607113.Asakava H., Sazaki G., Nagashima K., Nakatsubo S., Furukava Y. Two types of quasiliquid crystals are formed kinetically. In: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2016, vol. 113 (7), pp. 1749–1753. DOI: 10.1073/pnas.1521607113.Радченко И. В. Молекулярная физика. М.: Наука, 1965. 480 с.Radchenko I. V. Molekulyarnaya fizika [Molecular physics]. Moscow, Nauka Publ., 1965. 480 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.