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.     

纳米通道内表面浸润性对气泡的作用

运用分子动力学模拟方法研究了在质量力驱动下不同浸润性壁面纳米通道中气泡的分布及其运动状况, 提出了一种统计纳米通道中气泡运动速度的方法. 结果显示, 在亲水性壁面的纳米通道中, 气泡位于通道中间, 气泡的运动速度接近但小于通道中心流速, 在势能强度较大时, 壁面吸附的分子较多, 气泡也较大, 反之则气泡较小; 对超疏水性壁面, 气泡则位于固壁附近, 两个壁面形成对称的一对气泡, 气泡的运动速度接近但大于边缘速度. 流体总的流动速度随着流体粒子与壁面粒子作用的减弱而增大, 滑移速度则逐渐从负转变为正.     

锂离子进入碳纳米管端口速度的分子动力学模拟

锂离子进入碳纳米管端口的速度V Li是影响锂离子电池充电性能的重要因素.采用分子动力学模拟方法,研究了直径、温度、电场强度和端口改性官能团四种因子对其影响.运用正交实验方法,分析得出了各因子及其不同水平的影响规律.结果表明,四种因子的影响力度由大到小依次为:电场强度、官能团类型、碳纳米管直径和温度.在本文的模拟条件下,随着电场强度和碳纳米管直径的增大,V Li逐渐增加,且在电场强度下的增幅会更显著;碳纳米管端口官能团分别改性为氢原子(—H),羟基(—OH),氨基(—NH2)以及羧基(—COOH)时,V Li会逐步降低;随着温度的增大,V Li先增加后减小,但整体波动偏幅不大.     

纳米通道内超疏水性表面气泡的运动

疏水表面纳米气泡的运动有重要的应用价值和研究意义。本文采用分子动力学方法,模拟了纳米通道壁面为超疏水性时壁面上气泡的运动状况。在质量力驱动下,随着外界驱动力的增大,两壁面上的气泡被逐渐拉长,同时逐渐变得扁平;前端"接触角"逐渐增大,而后端"接触角"逐渐减小。纳米通道内疏水性表面的纳米气泡随着外部驱动力的变化呈现出不同的形态,变化程度随着驱动力的增大而增大。在不同驱动力作用下,两个气泡总是保持相同的速度,气泡的速度与外力驱动的大小呈线性增长趋势。随着外力的增大,边界层及通道中心速度皆呈现增大趋势。     

左旋葡聚糖热解机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-31++G(d,p)方法,对纤维素热解的主要产物左旋葡聚糖的热解反应机理进行了理论计算分析,设计了四种可能的热解反应途径, 对各种反应的反应物、产物和过渡态的结构进行了能量梯度全优化。计算结果表明,左旋葡聚糖开环成链状中间体时,首先,左旋葡聚糖中的两个半缩醛键C(1)-O(7)和C(6)-O(8)断裂,经过渡态TS₁形成中间体IM₁,同时,C(6)-O(7)结合成键使C(5)-C(6)-O(7)形成环状结构,该反应的能垒较高,为296.53 kJ/mol,然后IM₁经过渡态TS₂转变为中间体IM₂,该反应的能垒为234.09 kJ/mol;对IM₂设计了四条可能的反应路径,反应路径2和3能垒较低,是IM₂最可能的热解反应途径;在反应路径1和4中都包含了脱羰基反应,其反应能垒较高,不易发生。     

竖直直管和螺旋管内超临界CO2换热特性对比研究

采用SST k-ω湍流模型对比研究了在q=20.5~40 kW.m^-2,G=205.92~262.51 kg·m^-2·s^-1,p=8~10 MPa边界条件下超临界CO2在加热竖直直管和螺旋管内的换热差异。结果表明,在相同工况下,由于离心力引起的二次流的作用使得螺旋管相比于直管对换热有一定的强化作用,并能有效地抑制换热恶化的发生。但在拟临界点区域螺旋管的换热系数反而低于直管,主要原因是在拟临界点附近物性对换热起主导作用,离心力对管外侧的强化作用有限,而由于离心力和浮升力的弱化作用使内侧会出现显著的局部换热恶化(湍动能被抑制),从而使得截面上平均换热系数低于直管。     

快速降压下过热液中汽泡的生长

1前言定压力场下过热液体中汽泡生长已得到深入研究[1-3]。近年来，变压力场下过热液体中汽泡生长问题，引起研究者重视。文献[4-7]研究表明降压对汽泡生长起着重要作用。从理论上看快速降压过程中蒸汽密度随时间变化较大，准确考虑十分困难；过热液处于热力学亚稳平衡状态，因此需用外推法确定物性数据。从实验研究看在快速降压过程中保证时间和空间上同时准确观察汽泡生长，实验技术实施上有一定难度。因此无论从理论上还是实验上对变压场下过热液中汽泡生长研究有待进一步深入。2汽泡生长模型汽泡生长过程中汽液两相化学势差在相变中起着…     

液体理论极限过热度的确定

本文利用统计热力学涨落理论提出一个新的假说，并由此建立了确定液体极限过热度的新方法。用导出的公式对18种液体物质极限过热度的计算结果表明，与其他作者提供的实验数据比较，其平均偏差小于0．67％，最大偏差不超过2.65％。本文给出的表达式具有普适性，可以对任何液体物质进行极限过热度预测。因此，这种新的方法在理论和应用上的价值都是显见的。     

截断半径变化对汽液界面参数和分维数的影响

本文在分形理论基础上,采用分子动力学模拟方法研究了在平衡状态下的汽液界面参数,得了界面区内的密度、 温度、压力张量、表面张力和分维数的分布。研究表明,利用分形理论可以较好的反映汽液界面的特性。势函数的截断半 径对汽液界面参数和分维数的模拟值存在影响。     

木质素模化物紫丁香酚热解机理的量子化学研究

采用密度泛函理论方法B3LYP/6-31G++(d,p),对木质素模化物紫丁香酚的热解反应机理进行了量子化学理论研究。提出了三种可能的热解反应途径,对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化。计算了各热解反应途径的标准动力学参数,分析了各种主要热解产物的形成演化机理。键离解能计算结果表明,紫丁香酚中CH₃-O键的键离解能最小,各种键离解能的大小顺序为CH₃-O < O-H < CH₃O-C_aromatic < CH₂-H < HO-C_aromatic < C_aromatic-H。在反应路径(1)中,主要热解产物是3-甲氧基邻苯二酚,其形成反应的总能垒为366.6 kJ/mol;在反应路径(2)中主要热解产物是2-甲氧基-6-甲基苯酚,其形成反应的总能垒为474.8 kJ/mol;在反应路径(3)中形成邻甲氧基苯酚的总能垒很低,为21.4 kJ/mol,这表明,在连接甲氧基的碳原子上加氢后能够有效地降低木质素芳环模化物紫丁香酚去甲氧基反应的反应能垒。