Všechny chytit máš, aneb detekce clusterů v metastabilní oblasti tekutin

Moderní inženýrské aplikace se dnes neobejdou bez přesného popisu termofyzikálních vlastností látek. Ať už se jedná o chladničku, elektrárnu nebo předpověď počasí, znalost termofyzikálních vlastností kapalin a plynů je klíčová pro správnou funkčnost daného modelu. Chování vlastností tekutin je možné popsat pomocí stavových rovnic (equation of state – EoS) [1]. V případě směsí látek pak vhodnou kombinací stavových rovnic. A právě v této oblasti je zapotřebí zpřesnit a rozšířit schopnosti stávajících stavových rovnic.

Tato práce se zaměřuje na využití nástrojů molekulárních simulací pro popis chování tekutin v experimentálně těžko dosažitelné, tzv. termodynamicky metastabilní oblasti. Při těchto podmínkách se v daném systému začínají v řádu microsekund utvářet shluky nové fáze (např. kapky v plynu). Díky molekulárním simulacím a algoritmům pro detekci těchto shluků (tzv. clusterů) jsme pak schopni chování látek v metastabilní oblasti blíže zkoumat [2,3].

Nabízené téma rozšíří již existující metodu [4] o modelování jednoduchých plynů (např. argon, kyslík, dusík). Tento výzkum zapadá do širší spolupráce Laboratoře termofyzikálních vlastností [5] na Ústavu termomechaniky AV ČR s Ruhr Universität Bochum a Technische Universität Berlin.

Součástí práce je seznámení s fyzikálními základy řešené problematiky, a především porozumění molekulárním simulacím, které mají široké uplatnění nejen v termodynamice ale i v biologii a materiálových vědách. Zájemce o téma tedy nejen získá základní fyzikální povědomí, ale bude moci uplatnit své programátorské a analytické dovednosti ve vědeckém výzkumu.

• [1] Odkaz na naučný text o stavové rovnici
• [2] Poster z konference JETC 2021; doi: 10.13140/RG.2.2.13271.07843
• [3] Celný, David. Development of Paralell Algorithms for Molecular Dynamics Simulation of Heterogeneous Atomistic Systems. Praha, 2023, 176. Disertační práce. České Vysoké Učení Technické, Fakulta Jadern a Fyzikálně Inženýrská. Prof. RNDr. Jiří Kolafa, CSc. K dispozici v knihovně fakulty
• [4] Fingerhut R., Guevara-Carrion G., Nitzke I., Saric D., Marx J., Langenbach K., Prokopev S. et al. \"ms2: A molecular simulation tool for thermodynamic properties, release 4.0.\" Computer Physics Communications 262 (2021): 107860. doi: 10.1016/j.cpc.2021.107860
• [5] Laboratoř termofyzikálních vlastností