绝缘油在水和酸共同作用下的分子动力学模拟

为探讨水分和温度对变压器油中酸扩散行为的影响,在分子模拟软件内建立了水分子、矿物油分子、甲酸分子的复合模型,水的体积分数分别为1%,3%,5%,甲酸的质量分数为3%.通过分子动力学方法模拟计算了甲酸分子在不同含水量油模型中的扩散系数、径向分布函数以及复合模型的总动能;此外,选取了水体积分数为1%的复合模型为研究对象,以温度为变量进行动力学模拟.结果表明:随着水含量的增多,甲酸的扩散系数并没有逐渐增大,甲酸分子与水分子之间的氢键数目呈逐渐减少的趋势.而随着温度的升高,油模型具有的动能越大,酸分子的扩散逐渐增强.油模型中,含水量越多,水和酸在热运动下碰撞油分子的能量越大;温度越高,相互之间的碰撞越激烈.模拟结果说明水分增加或温度增高,均对油分子的结构稳定性造成一定程度的破坏.     

分子动力学模拟压水反应堆中氢气对水的影响

通过分子动力学方法模拟了在常温常压下(1 atm, 298 K)和在压水堆环境下(155 atm, 626 K), 水分子数为256, 氢分子数为0, 25, 50, 75和100等不同数目时, 粒子系统的动力学性质和微观结构, 分析了不同氢气对水中溶解氧的影响. 从模拟结果可知, 在常温常压和压水堆环境下, 当氢粒子数分别为0, 25, 50, 75和100时, 粒子系统的均方位移会随氢分子数增加而增加, 并且常温常压下的增长幅度远小于压水堆环境下的增长幅度, 如压水堆环境下氢分子数为75时系统的均方位移约是常温常压下氢分子数为75时系统的均方位移的6.02倍, 比压水堆环境下氢分子数0时系统的均方位移增加了131.88%. 此外, 粒子系统的微观结构, 从径向分布函数看, 在常温常压下随着氢分子数目的增加而小幅度增加, 这与常温常压下因氢气溶解在水中增大了氧离子周围的粒子密度相符合. 而在压水堆环境下, 氢分子数为75, 50, 25与为0时的水比较, 其径向分布均不会有太大的变化, 而分子数为100时会出现明显增加, 与为0时的水比较其径向分布增加了22.00%. 模拟结果表明, 往压水堆中的水加入氢气能明显地抑制水中的溶解氧.     

FexO-SiO2-CaO-MgO-“NiO”系镍渣势函数及分子动力学模拟

从非经验参数角度构建基于两原子模型的Fe_xO-SiO₂-CaO-MgO-"NiO"渣的势函数,利用分子动力学模拟揭示调控镍渣组分与结构及物理化学性能之间的关系。结果表明： BMH（Born-Mayer-Huggins）势函数能够较好表征Fe_xO-SiO₂-CaO-MgO-"NiO"系镍渣的势能。当镍渣中CaO含量为15 wt.%时,Si⁴⁺-Si⁴⁺间配位数最小,此时熔渣的聚合度最低,有利于扩散。当Fe元素由Fe²⁺转换为Fe³⁺后,和O^2-结合能力更强,会导致熔渣更难以扩散,因而镍渣的黏度迅速升高,造成冶炼条件恶化,因此在镍闪速熔炼时要严格控制Fe²⁺/Fe³⁺的比例。模拟计算的黏度与实测值吻合较好,表明构建的势函数能够较好地反映镍渣的物化性能。     

微孔中简单流体混合物扩散系数的分子动力学模拟与关联

为了了解简单流体混合物在微孔介质中的流动和传递性质 ,对微孔中氩和氪流体混合物的扩散系数进行了计算机模拟和关联模型研究 .运用平衡分子动力学方法模拟了宏量条件下饱和氩流体的扩散系数和恒温氪流体的扩散系数 ,模拟值与文献实验值符合良好 ,从而程序的正确性得到验证 .然后 ,采用类似Bitsanis等人的方法模拟了平板湿壁微孔中氩和氪等摩尔流体混合物在不同对比温度、不同对比密度以及不同对比孔径条件下的扩散系数 ,发现孔径很小的时候扩散系数会急剧的增大 .同时基于这些模拟值 ,参考CE理论和Heyes关系式 ,以对比温度、对比密度以及对比孔径为变量 ,关联出两个简单流体等摩尔混合物在微孔中扩散系数的计算模型 .模型的计算结果与计算机模拟值能够较好地吻合     

模拟扩散系数的分子动力学方法

在分析当前应用的各类分子动力学方法的基础上提出一个2参数(即温度松弛时间和压力松弛时间)模型,采用正交实验确定了最优的模型参数,压力与温度松弛时间的最优值均为2fs.在最优条件下跟踪系统的体积变化,最大波动在10%之内.将该模型应用于不同温度下氩及超临界二氧化碳自扩散系数模拟,并用动力学理论对自扩散系数与温度、压力的关系进行了定性分析,结果与实验值吻合.说明新模型具有稳定而准确的特点.     

纳米铝热剂Al/SiO_2层状结构铝热反应的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法和反应力场势函数研究了Al/SiO_2层状纳米体系的铝热反应,模拟了在不同初始温度下(600,700,800,900,1000和1100 K)绝热反应的结构变化和能量性质,发现Al/SiO_2体系的铝热反应是自加热的氧化还原反应,当初始温度为900和1000 K时,Al经历了熔化前的一个临界状态,与SiO_2的铝热反应比较活跃,系统温度随着反应时间的增加不断升高,当初始温度为600,700,800和1100 K时,初始温度越高,在Al和SiO_2界面形成的Al-O层越薄,系统发生铝热反应达到的最终绝热温度越高,所用的时间(有效反应时间τ)越短,即界面扩散阻挡层的厚度对铝热反应的自加热速率产生了影响,初始温度为600,700,800,1100K时的自加热速率分别为3.4,3.5,4.7和5.4K/p8.A1/SiO_2体系的铝热反应析出了Si单质,与实验结果相符合。     

高密度氦状态方程的分子动力学模拟研究

 用分子动力学模拟和与固氦实验等温线比较的方法,确定了高密度氦指数6势函数中劲度系数α的优选值为12.7。然后我们用这个新的α值计算了fcc固氦的状态方程及其径向分布函数,发现当把ρ限定为1.60 g/cm³时,其径向分布函数的第二个峰将在2 000 K到3 040 K区间消失,表明此时固氦的长程有序性降低,或者说发生了固-液相变过程。     

相变材料热物理性质的分子动力学模拟

为从微观尺度探寻相变材料的热物性变化机理, 本文采用分子动力学的方法, 构建了由正二十二烷组成的无定形结构的相变材料体系, 采用周期性边界条件以及COMPASS力场对相变材料的比热以及导热系数进行了模拟, 并对纯正二十二烷进行了DSC测试. 结果表明, 模拟所得的相变材料热容与文献实验值的偏差是6.5%, 熔点与DSC实验值的偏差是0.98%. 当温度为288–318 K时, 相变材料的导热系数在0.1–0.4 W·m^-1·K^-1 范围内波动, 且随着压力增大略呈下降趋势. 关键词： 扩散系数 比热 导热系数 分子动力学     

基于分子动力学模拟流体输运性质的稳定性分析

利用线性响应理论对Ar流体输运参数进行了分子动力学模拟,结果发现:导热系数和黏度会随着自相关积分函数积分时间的增加而产生剧烈波动,而扩散系数却相对稳定. 针对积分稳定性这一问题,对导热系数和黏度中的热流密度和应力张量进行了分解分析,发现含分子间作用力项是影响稳定性的最大因素. 从牛顿力学出发对作用力项的影响机理进行了分析,指明减小这种影响的最主要方法是使在体系进行统计输运参数前达到稳定平衡状态,即最小的预平衡步数应该满足使体系达到该状态下熵最大或者能量最低,并尽量减小温度对体系的影响. 同时,还对模拟盒尺寸、统计步长等因素对积分稳定性的影响进行了分析,给出了保持稳定性的建议. 关键词： 分子动力学 输运性质 自相关函数 稳定性     

常见VOCs在PVC板中扩散的分子动力学模拟

挥发性有机化合物(VOCs)对人体健康非常有害,已引起越来越多的室内空气质量研究人员的重视。本文利用分子动力学模拟方法研究了常见VOCs在聚氯乙烯板中的扩散,基于聚类分析法计算了扩散系数,研究了不同温度、不同密度的影响。结果表明:相同温度下,扩散系数苯DEHP甲醛,有机分子在PVC中的扩散系数随PVC密度的增加而减小,上述结果从微观层面加深了对VOCs在建筑材料中扩散过程的理解和认识,对于室内空气环境净化领域的研究和产品开发具有参考价值。     

水导热系数的分子动力学模拟

本文选用平衡分子动力学模拟方法,应用不同的势能模型对强极性分子水的导热系数进行了模拟计算.结果表明,用分子动力学模拟方法计算水的导热系数时,模拟结果对模型的选取极为敏感.在目前应用较为广泛的几种模型中以TIP4P模型较为适用,所得的导热系数与实验值较为接近.     

多核环境下的分子动力学模拟

本文在多核环境下,使用OpenMP实现了经典分子动力学模拟程序的并行;同时对分子动力学模拟进行了两项主要的优化:分子排序及运用SIMD指令运算.在4核下获得了4.13倍的计算性能提升,将经典分子动力学模拟的模拟规模提高至4000分子×10~7模拟总步数.     

纤维素热解过程的分子动力学模拟

本文利用 PM3 方法对生物质主要组分纤维素进行了结构优化并得到了一系列的结构参数.对不同力场下,聚合度为 9 的纤维素单链热分解进行了分子动力学方法模拟研究,得到不同力场下的模拟过程中参数.通过与相关生物质热解实验结果对比,利用 Amber 力场模拟得到的结果与实验值吻合较好.基于 Amber 力场并结合量子力学对纤维素单元热解过程进行了研究,模拟得到纤维素单元分子链在加热过程中的主要分解温度范围、断键顺序以及一次热解的基团,并对一次产物进行了分析.     

纳米通道滑移流动的分子动力学研究

本文采用非平衡分子动力学方法对纳米通道内的Couette流动进行了研究,计算获得了不同壁面和流体间势能作用强度下通道内流体的速度分布和密度分布,反映出可能存在的速度滑移、表观无滑移和负滑移现象,并探讨了速度滑移程度和壁面作用强度之间的关系。     

铂薄膜导热特性的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学(NEMD)方法模拟分析了纳米铂(Pt)薄膜的导热性能与脉冲激光作用下的温度响应特性.结果表明,100～500 nm铂薄膜的法向导热系数比体材料值低很多,而且低于其面向导热系数;微米铂薄膜的温度响应时间在纳秒量级;在脉冲加热的初始阶段,有一快速非傅立叶热波沿铂薄膜的厚度方向传递.     

分形理论在分子动力学模拟中的应用

本文基于分形理论提出了一个假说,认为实际流体分子的无规运动可以用分数布朗函数作为概率密度函数来描写,而其分数维数可根据分子运动的图像确定。本文以流体Ar作为对象进行了分子动力学模拟,根据分子动力学模拟的结果提取了运动的分数维数,构造了描述分子无规运动的分数布朗函数,并对所提出的假说进行了验证。     

多形性相变的分子动力学模拟

 本文利用分子动力学方法研究了KCl晶体在ρ＝ρ₀时的温度相变。面心立方（fcc）和体心立方（bcc）两种结构的径向分布函数随温度的变化的情况说明，在高压下，发生着bcc结构相fcc结构的转变，bcc结构是不稳定的。为了选取合理的势参数，利用了分子动力学程序在T＝0时的性质，计算了NaCl和KCl晶体的零温状态方程，研究了它们在压力作用下发生的多形性相变。计算表明，NaCl和KCl晶体将分别于18.8 GPa和5.9 GPa发生从fcc到bcc的多形性相变，这些值相当接近实验结果。着说明本文选用的势参数势有一定精度的。     

分子动力学模拟粒子在表面上的俘获过程

采用分子动力学方法研究了粒子在金属衬底上的俘获过程。发现粒子垂直入射时,俘获概率随入射能量的增加而减小,而45°入射时,俘获概率表现出非单调行为,这些结果与实验观察相一致。同时还研究了俘获概率对入射角的依赖。     

气固稀相流中颗粒沉积和聚集的分子动力学模拟

本文在分子动力学模拟基础上采用了考虑黏附作用的JKR理论取代传统Hertz理论作为颗粒间作用力,并吸取了DEM中滑动摩擦、滚动摩擦和扭动摩擦的思想建立一种细颗粒碰撞和团聚过程的多时间尺度粒子动力学模拟方法.成功地实现了颗粒在纤维上沉积过程的模拟,结果表明微米颗粒的Van der Waala力量纲约是曳力2～10倍,中心流线附近颗粒更易于在纤维上沉积,初始沉积的颗粒则会在纤维上形成"遮挡"效应.