LAMMPS新型纳米隔热材料气相导热系数研究(3)
1.2.2 分子模拟方法
在近几年来，世界科技迅速发展，特别是计算机技术的发展可谓是十分的快速。与实验相比，通过计算机模拟实验具有许多的优点：
a) 降低预算成本；
b) 提高了在研究过程中的安全性；
c) 可以研究常规实验无法完成的极快速的反应与变化；
d) 可以得到比较好的结果，等等。
因此在计算机基础上的分子模拟已成为世界研究微尺度过程的有力工具，为人类科学的发展与进步起着重要的作用。分子模拟所考虑的系统是纳米量级的小尺寸系统，通过对系统中粒子间的相互作用力的计算来确定物质的性质。它与经典力学模型相比，其计算的时间更加的长。分子模拟这种方法正在应用到生活中的各个行业，比如化工、医药工程、工程热物理等等。它使人们可以从物体的分子结构上去分析物质的各种物理性质，比如各种的热力性质。
就目前的分子模拟方法中，主要有两种方法：一种是随机性的蒙特卡罗方法（MC），一种是本文要用到的确定性的分子动力学方法（MD）。就模拟平衡态的问题而言，这两种方法是等价的。但是，当对于研究物质的运输性时，MC就并不适用了。所谓的蒙特卡罗（MC）模拟方法就是根据所要研究的问题，建立一个概率模型，然后通过大量的统计试验，利用建立的统计模型求解出所要研究问题的解。更简单的说，就是根据所求的问题来确定一个随机事件或者说随机变量，然后使所求解问题的解是随机事件的概率或是随机变量的期望值。至于分子动力学（MD）模拟方法，下文将做介绍。
1.3 分子动力学（MD）模拟的研究
分子动力学（MD）模拟方法也是分子模拟方法的一种。所谓MD模拟[6],是指对原子核和电子所构成的多体体系，用计算机模拟原子核的运动过程，从而得到系统的结构和性质，其中每一种原子核被视为在其他所有原子核和电子所提供的经验势场的作用下按牛顿定律运动。它涉及了力学、热力学、统计力学以及计算方法等等学科，并且已成为计算材料性质的成型工具，被广泛的应用于材料、化工、热工等各行业领域。特别是为在小尺寸情况下物质热力性质的计算，如扩散率、热导率等，提供了更为精确的方法，大大的推动该领域的发展。分子动力学（MD）模拟又分为平衡分子动力学模拟（EMD）与非平衡分子动力学模拟(NEMD)。它们将在下文被做介绍。下面让我们来看一下国内外在运用分子动力学（MD）模拟方法所做的研究。
Wakuri和Kotake [7]-[8]在1991与1994年通过分子动力学模拟（MD），利用Lennard-Jones（LJ）势能函数，对薄膜材料的导热问题进行了研究，并成功的在等热流边界条件下得到了氩气的温度分布。Inou、Tanaka和Nakanishi[9]在1996年利用了平衡分子动力学（EMD）和非平衡分子动力学(NEMD)两种方法对水和化合物的导热系数进行了计算。Tokumasu和Kamijo[10]在2004年对双原子的液体的导热率进行了研究，他们所用的方法就是MD方法。Castejon[11]利用非平衡分子动力学对固体的材料的导热率进行了计算。
刘育松、张欣欣、于帆[12]采用Lennard-Jone作用势，通过平衡MD方法对纳米孔隙内的氮气的运动进行模拟与分析，通过Green-Kubo关系式计算了纳米孔隙内氮气的导热系数。
夏新林、施一长、韩亚芬[2] 建立了 气凝胶固相结构单元导热模型，在考虑对声子平均自由程的各种限制条件基础上，运用动力学理论分析了影响 气凝胶固相结构单元热导率的影响因素。根据 气凝胶微观结构特点，建立了几种纳米孔隙模型，计算了各种条件下 气凝胶的当量热导率，研究了 气凝胶各物性参数对其当量热导率的影响，并对比了几种纳米孔隙模型下 气凝胶的当量热导率，并与实验值做了比较。