纳米液滴蒸发过程的分子动力学模拟

本文从分子水平对纳米氮液滴蒸发的微观过程进行了分子动力学研究,其中液氮分子间采用球形截断的LJ势能函数.从微观模拟信息中获取了相应的宏观性质,示出了液滴在蒸发过程中的分子位形的变、密度分布、双体分布函数和压力分布,探究了纳米液滴在蒸发过程中界面现象的物理机理.     

二甲基醚液滴超临界蒸发的数值模拟

建立了二甲基醚(DME)在N2介质中超临界蒸发的数学模型.采用状态方程法计算了DME-N2体系的高压气液相平衡,在相关文献的基础上得出一套流体热物性和输运参数的计算方法.完成了DME超临界蒸发过程的数值模拟.从数值模拟的结果讨论了超临界条件下环境压力、环境温度和液滴运动等因素对液滴升温、滴径变化以及生存时间的影响.     

附壁氩液滴蒸发过程的分子动力学模拟

为了了解附壁液滴的蒸发特性,利用分子动力学方法对铜基底上氩液滴的蒸发过程进行了模拟。结果表明,随着蒸发过程的进行,液滴中的氩原子逐步扩散到周围真空环境中,并最终达到蒸发稳定状态。稳态蒸发时液滴近似为球冠状,在固-液界面存在一个密度较大的吸附层,在汽-液界面存在一个密度骤降的区域,60%的蒸发发生在三相接触线区域.温度越高,系统达到稳态所需时间越短,蒸发越快,固-液界面吸附层密度越小,接触角越小;同时,固-液之间的能量参数越大,接触角越小。     

燃料液滴高压蒸发理论

本文提出了一个燃料液滴在高压环境下的蒸发理论,该理论考虑了液滴表面的内移、液滴不定常加热以及高压非理想气体效应的影响等因素。计算了C_(12)H_(26)液滴在1.8—90大气压、2000—3200°K的N_2气介质中蒸发时的滴温、半径随时间变化的关系。计算结果表明,存在一个划分亚临界蒸发和超临界蒸发的压力极限,在亚临界蒸发时,液滴生存时间随压力增加而减少,超临界蒸发时,液滴生存时间随压力增加而增加,在本例情况下,此极限压力值为2.23p_c。     

超临界环境条件对碳氢燃料液滴燃烧特性的影响

利用开发的液滴燃烧模型,研究了环境压力、温度以及液滴初始温度对液滴燃烧特性的影响。结果表明:在燃料的临界压力下液滴的燃烧寿命最短。随着环境压力的升高,着火延迟逐渐缩短,火焰半径逐渐减小,并且火焰温度在快速上升期的上升速度逐渐减慢。随着环境温度的升高,液滴寿命和着火延迟均逐渐变短,火焰半径逐渐增大。随着液滴初始温度的升高,液滴寿命和着火延迟均线性减小,液滴初始温度只会使液滴的燃烧过程整体提前或延后。     

多组分生物燃料液滴蒸发过程研究

生物乙醇和生物柴油是发展迅速且潜力巨大的两种生物燃料,在最近关于生物乙醇、生物柴油与常规柴油掺混的三组分燃料的研究中发现了许多良好的燃烧特性。然而,人们对于这种轻质+中质+重质组成的新燃料的蒸发和燃烧机理尚不清楚,其蒸发特性尚待研究。本文在建立的描述多组分液滴蒸发所需的气相模型、液相模型、气液界面耦合方程基础上,对多组分生物燃料液滴的蒸发过程进行了研究并得到液滴表面以及内部详细的组分和温度分布。     

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.     

针对多组分燃料液滴的混合蒸发模型

针对汽油等多组分燃料液滴的蒸发过程,本文引入了混合蒸发模型进行计算。该模型将燃料分为若干个烃类化合物组,并且采用概率密度函数描述每组烃类化合物中具体组分的分布。通过将混合蒸发模型的计算结果与单Gamma分布模型的结果以及实验数据的对比,表明当前混合蒸发模型能够更加准确地描述燃料热物性参数和燃料组分分布。通过使用混合蒸发模型对单个汽油液滴蒸发过程进行模拟,表明每组烃类中轻质组分优先蒸发,在相同分子量范围内,芳香烃类化合物相对于其它烃类化合物组滞后蒸发。     

亚/超临界环境下气液界面性质的分子动力学模拟

采用OPLS-AA力场对正庚烷在亚/超临界环境下的气液界面性质进行分子动力学模拟。真空环境下,得到气液相密度、界面厚度及界面张力等性质随模拟分子数、截断半径及模拟温度的变化规律,并与实验值进行对比,验证了力场模型的合理性;在真空以及由氮气形成的亚/超临界环境下,给出流体由亚临界过渡到超临界状态时的温度分布情况,总结了气液界面性质随模拟环境的变化规律:随模拟环境由亚临界过渡到超临界,气、液相密度差及界面张力减小,界面厚度增大。在低超临界状态下,界面性质与亚临界状态尚无本质区别,仅当达到较高超临界状态时,流体才表现出明显的超临界特征。     

液滴在润湿梯度表面运动的分子动力学模拟

本文进行了液滴在不同润湿梯度表面运动的分子动力学模拟,通过改变Lennard-Jones(LJ)势参数来实现表面的不同润湿性。模拟结果表明在润湿梯度差为10°的界面上,疏水表面的液滴运动更快,达到最终界面所需时间最短,并且液滴运动方向距离最远。当润湿梯度差为20°和30°时,液滴在疏水表面工况的运动速度与从疏水跨越到亲水的工况之间的差距越来越小,并且液滴在从疏水跨越到亲水的工况达到了最远的运动距离。同时,润湿梯度差的增加也引起了液滴运动速度的增大。     

超临界水中硫酸钠结晶动力学的分子动力学模拟

在超临界水反应器中，硫酸钠是易造成堵塞的一种常见无机盐，研究其结晶动力学对于防盐沉积反应器的设计具有重要意义.本文采用LAMMPS分子动力学模拟软件研究硫酸钠在超临界水中的微观结晶过程，其中水分子采用SPC/E模型，离子-离子、离子-水分子相互作用采用Coulumb和Lennard-Jones联合势能函数.结果表明：水对离子的静电屏蔽作用随温度升高而增强、随密度减小而减弱；增大超临界水的温度和密度有利于离子扩散，进而促进离子相互碰撞、成核；在模拟的超临界水参数范围内，其成核速率的数量级为10²⁹cm^-3·s^-1，生长速率为(19.8~25.8) m·s^-1.     

多壁碳纳米管外壁高温蒸发的分子动力学模拟

采用经典分子动力学（MD）方法,使用EDIP（environment-dependent interatomic potential)势描述C纳米管内C原子之间相互作用,对多壁C纳米管由于Stone-Wales缺陷引起外层管高温剥落蒸发现象进行了计算模拟.研究结果表明,高温下多壁C纳米管外层管Stone-Wales缺陷处C原子剧烈振动导致C—C键断裂形成悬键,并逐渐向四周扩散导致外层管剥落蒸发.利用Lindemann指数作为判据,得出多壁C纳米管外层管出现剥落蒸发的温度为2290 K左右,与Huang Jianyu等实验中观测到多壁C纳米管外层管剥落蒸发现象产生的温度2000 ℃基本一致. 关键词： 多壁C纳米管 分子动力学 Stone-Wales缺陷 剥落蒸发     

多壁碳纳米管外壁高温蒸发的分子动力学模拟

采用经典分子动力学（MD）方法,使用EDIP（environment-dependent interatomic potential)势描述C纳米管内C原子之间相互作用,对多壁C纳米管由于Stone-Wales缺陷引起外层管高温剥落蒸发现象进行了计算模拟.研究结果表明,高温下多壁C纳米管外层管Stone-Wales缺陷处C原子剧烈振动导致C—C键断裂形成悬键,并逐渐向四周扩散导致外层管剥落蒸发.利用Lindemann指数作为判据,得出多壁C纳米管外层管出现剥落蒸发的温度为2290 K左右,与Huang Jianyu等实验中观测到多壁C纳米管外层管剥落蒸发现象产生的温度2000 ℃基本一致.     

深空环境下液滴辐射相变过程分析模拟

太空中固体粒子比液体粒子对航天器危害性大,计算液滴相变时间和温度变化对评估粒子危害性有重要意义.本文建立了太空环境下液滴辐射相变模型,分析了三种相变凝固模型,估计了水滴蒸发量,考虑了太阳辐射对液滴温度变化的影响,分别计算了水和氧化铝液滴的温度变化.结果表明:液滴粒径越小液滴冷却速率越大,三种相变凝固模型的相变时间差别较小;水滴蒸发比例均大于10%,其蒸发量不可忽略;水滴受太阳周期性辐射时,其温度在50 K至266 K之间周期性振荡变化.     

从常温常压到超临界乙醇的分子动力学模拟

采用分子动力学方法系统地研究了从常温常压到超临界状态乙醇的热力学性质、结构性质和动力学性质.模拟发现随着温度的升高,体系焓值增大,乙醇分子间的氢键作用减弱,自扩散系数增大;随着压强的增大,乙醇分子间的氢键作用增强,自扩散系数减小;乙醇自扩散系数在液相区随温度变化不明显,在气相区随压强增大很快减小,超临界区乙醇的自扩散系数比液相区大十几倍.温度和压强对乙醇自扩散系数的影响可通过密度来体现.与常温常压相比,超临界条件下的乙醇体系因密度涨落存在分子聚集现象,且在低密度区域更显著;乙醇分子间的氢键作用明显减弱,结     

高盐溶液蒸发过程中的分子动力学模拟与研究

随着我国工业的快速发展,如何减量化处理工业排放的高盐废水已经成为了亟待解决的环境问题.在处理高盐废水的各种工艺中,热蒸发技术因具备脱盐效果好,灵活性好等特点得到了广泛应用.本文从微观角度出发,采用分子动力学模拟方法研究了LiCl、KCl、CaCl₂三种溶液在400 K和500 K两种温度加热条件下的蒸发过程,分析了Li⁺、K⁺、Ca²⁺,Cl^-四种盐离子对蒸发速率、水分子取向、氢键、溶液结构等性质的影响.研究结果表明温度的提升会对蒸发速率产生极大影响,温度的提高不会改变配位水化层的位置但会明显减少离子的配位水分子数,有利于提高活跃水分子的占比和蒸发速率.     

Pb液滴在Ni基底润湿铺展行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了Pb液滴在Ni(100)晶面、(110)晶面和(111)晶面的铺展润湿行为. 结果表明: Pb液滴在Ni(100)及(111)基底上的润湿铺展现象呈各向同性, 而在Ni(110)基底上的润湿铺展现象呈明显的各向异性, 且这种各向异性源于Ni(110)晶面点阵结构上Pb原子沿不同晶向的扩散机制及速度的明显差异; Pb液滴在Ni(111)晶面上铺展时, 未发生表面合金化, 液滴铺展动力学描述近似满足 R² ∝ t, 而液滴在(100)晶面和(110)晶面上铺展时表面产生合金化现象, 铺展动力学关系近似满足 R⁴ ∝ t, 且液滴在(100)晶面上的铺展速度高于(110)晶面上的铺展速度. 关键词： 分子动力学 润湿各向异性 铺展膜 扩散机制     

纳米液滴撞击柱状固体表面动态行为的分子动力学模拟

液滴撞击固体表面是一种广泛存在于工农业生产中的现象.随着微纳技术的发展,纳米液滴撞击行为的定量描述有待完善.采用分子动力学模拟纳米水滴撞击柱状粗糙铜固体表面的动态行为.分别在液滴速度为2—15?/ps,五种方柱高度和六种固体表面特征能的情况下分析液滴的动态特征.结果表明,随着液滴初始速度V0的增加,其最终稳定状态先由C...     

高盐溶液蒸发过程中的分子动力学模拟与研究

随着我国工业的快速发展,如何减量化处理工业排放的高盐废水已经成为了亟待解决的环境问题.在处理高盐废水的各种工艺中,热蒸发技术因具备脱盐效果好,灵活性好等特点得到了广泛应用.本文从微观角度出发,采用分子动力学模拟方法研究了LiCl、KCl、CaCl_(2)三种溶液在400 K和500 K两种温度加热条件下的蒸发过程,分析了Li^(+)、K^(+)、Ca^(2+),Cl^(-)四种盐离子对蒸发速率、水分子取向、氢键、溶液结构等性质的影响.研究结果表明温度的提升会对蒸发速率产生极大影响,温度的提高不会改变配位水化层的位置但会明显减少离子的配位水分子数,有利于提高活跃水分子的占比和蒸发速率.