Molecular dynamics simulations for the penetrable-sphere model have been carried out over a wide range of the packing fraction φ and the repulsive energy parameter ε* to investigate the thermal conductivity properties of bounded repulsive fluids. The resulting thermal conductivity coefficients λ are compared with theoretical approximations including Boltzmann and Enskog predictions in the gas kinetic theory. We have also proposed the empirical Enskog-like approximation based on the Enskog theory in the hard-sphere model. In the lower repulsive energy systems of ε*=0.25 and 0.75, the kinetic-kinetic (kk) contributions are dominant over entire densities (λ≈λkk), whereas the collision-collision (cc) contributions are gradually significant in the highly repulsive energy systems of ε*=4.0 with increasing the packing densities of φ≥0.4 (λ≈λcc). Based on the molecular scale, relevant transport properties of bounded repulsive fluids are discussed for self-diffusion, shear viscosity, and thermal conductivity reported in this series of molecular simulation studies.

유한 척력적 유체의 열적 전도도 특성을 고찰하고자 침투성 구형 모델에서 분자 동력학 방법을 이용한 전산 모사를 다양한 범위의 입자 충전 분율 φ 및 척력적 에너지 상수 ε* 조건에서 수행하였다. 전산 모사로부터 측정된 열적 전도도 계수 λ는 기체 운동 이론식을 기초로 한 Boltzmann 및 Enskog 확산식을 포함하여 관련 이론식들과 비교하였다. 동시에 강체구 모델 유체의 Enskog 이론식과 유사한 형태의 경험적 확산식을 제안하였다. ε*=0.25 및 0.75의 낮은 척력적 에너지 조건에서 열적 전도도 계수 λ는 모든 밀도의 범위에서 거동 입자의 운동 에너지(kk, kinetic-kinetic)에 의한 상호 기여도가 매우 높았으나(λ≈λkk), 반면 ε*=4.0의 높은 척력적 에너지 조건에서 충전 밀도가 증가할수록(φ≥0.4) 상호 입자 충돌(cc, collision-collision)에 의한 기여도가 대부분으로 나타났다(λ≈λcc). 또한 본 연보에서 구현된 분자 전산 연구를 통하여 보고된 유한 척력적 유체의 자체 확산, 전단 점도 및 열적 전도도의 관련 이동 특성이 분자 차원에서 고찰되었다.

Keywords: thermal conductivity; molecular dynamics simulation; bounded repulsive fluid