haku: @supervisor Ala-Nissilä, Tapio / yhteensä: 28
viite: 10 / 28
| Tekijä: | Heinonen, Vili |
| Työn nimi: | Computational study on nanoscale ice flows |
| Laskennallinen tutkielma nanoskaalan jäävirtauksista | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2011 |
| Sivut: | 68 + [58] Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Teknillisen fysiikan laitos |
| Oppiaine: | Fysiikka (laskennallinen fysiikka) (Tfy-105) |
| Valvoja: | Ala-Nissilä, Tapio |
| Ohjaaja: | Hynninen, Teemu |
| OEVS: | Sähköinen arkistokappale on luettavissa Aalto Thesis Databasen kautta.
Ohje Digitaalisten opinnäytteiden lukeminen Aalto-yliopiston Harald Herlin -oppimiskeskuksen suljetussa verkossaOppimiskeskuksen suljetussa verkossa voi lukea sellaisia digitaalisia ja digitoituja opinnäytteitä, joille ei ole saatu julkaisulupaa avoimessa verkossa. Oppimiskeskuksen yhteystiedot ja aukioloajat: https://learningcentre.aalto.fi/fi/harald-herlin-oppimiskeskus/ Opinnäytteitä voi lukea Oppimiskeskuksen asiakaskoneilla, joita löytyy kaikista kerroksista.
Kirjautuminen asiakaskoneille
Opinnäytteen avaaminen
Opinnäytteen lukeminen
Opinnäytteen tulostus
|
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 91 | Arkisto |
| Avainsanat: | ice MD simulation MB model depinning flow model jää MD-simulaatio MB-malli jumituksenpurkutransitio virtausmalli |
| Tiivistelmä (fin): | Jää on hyvin konstikas aine, mistä esimerkkinä ovat jään monet olomuodot ja monimutkainen pintafysiikka. Jään erikoiset ominaisuudet perustuvat vesimolekyylien välisiin vetysidoksiin, jotka takaavat jään järjestäytyneen rakenteen. Mahdollisuus sulattaa jää nostamalla painetta on monen kriittisen ilmiön takana. Esimerkiksi jään virtaus jonkin esteen ympäri voi aiheutua jään olomuodon muutoksesta esteen pinnalla. Molekyylidynamiikkasimulaatiot (MD) ovat hyvä työkalu monimutkaisten systeemien, kuten jään virtauksien tutkimiseen. Kaikkien molekyylien paikkojen ja orientaatioiden tunteminen kaikkina aikoina takaa mm. jään monimutkaisen dynamiikan selvittämisen rajapinnoilla. Viimeaikaiset atomistiset vesimallit ovat tehostaneet laskentaa mahdollistaen suurien systeemien simuloinnin. Tämä diplomityö on jaettu kahteen osaan. Ensimmäisessä osassa käytetään atomistista MD-mallia jään virtauksen tutkimiseen erilaisten pallojen ympäri. Tutkimus keskittyy jään olomuodonmuutoksen aiheuttamaan jumituksenpurkutransitioon. Toisessa osassa esitetään kontinuumimalli jään painesulamiseen perustuvalle jään virtaukselle. Jääkerrosten rikkoutumisesta aiheutuva jumituksenpurkutransitio todettiin hyvin erilaiseksi kuin transitio hiljattain julkaistussa tutkimuksessa jään virtauksista nanolankojen ympäri. Lämpötilan vaikutus dominoi jään virtausta lankojen kanssa samansäteisten pallojen tapauksessa, sillä pallojen suuri kaarevuus aiheutti jääkerrosten herkän rikkoutumisen. Suurempien pallojen tapauksessa yksittäiset jääkerrokset lakkasivat vaikuttamasta ja jäässä nähtiin suuria halkeamia. Newtonisten nesteiden ominaisuudet dominoivat kontinuumimallin virtausta siinä määrin, että malli todettiin epäsopivaksi jään virtauksen kuvaamiseen. |
| Tiivistelmä (eng): | Crystal ice with its multitude of different phases and exotic surface physics is complicated beyond most of the homogeneous materials. The complex nature of ice is rooted in the hydrogen bonding that is keeping the water molecules of ice in an ordered crystal structure. The fact that ice can be melted by increasing pressure gives rise to critical behaviour when ice is pushed around some obstacle as the ice undergoes a phase transition and starts to flow. Atomistic molecular dynamics (MD) simulations are a good tool to study complex systems such as flows of ice. The complex dynamics on the boundary of ice can be reconstructed as the positions and the orientations of all the molecules are known at any time. Recently developed all-atom models for water have increased the efficiency of the computation allowing simulations of large systems. This thesis consists of two parts. In the first part a flow of ice around several different types of spheres is studied using all-atom MD simulations. The focus is in a depinning transition caused by a phase transition in ice when a large enough driving force is applied. The second part proposes a continuum flow model for ice based on the idea of pressure melting of ice. The depinning transition caused by breaking layers of ice was seen to be completely different from recent studies of flows around nanowires. The flows around spheres with same radii with the wires of earlier simulations were dominated by thermal effects as the high curvature of the spheres caused the ice to flow around the spheres with great ease. The dynamics with spheres of larger sizeswere affected by large-scale fractures in the ice and single layers of ice ceased to have any real impact on the dynamics. The continuum flow model was dominated by effects of Newtonian flows and was seen unfit for ice flows. |
| ED: | 2011-09-21 |
INSSI tietueen numero: 42783
+ lisää koriin
INSSI