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.     

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.     

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.     

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     

氯化铵水溶液的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,使用Material Studio软件中的COMPASSⅡ力场,模拟了温度为298 K时质量分数分别为1%、5%、10%、20%及28%的氯化铵溶液中离子的动力学性质.发现随着浓度增加,水分子周围不再有明显的第二配位圈,NH_4~+和Cl~-配位数都减少,离子水化数、水化半径也随之减小.水分子中的H比NH_4~+中的H对N_((NH4))的影响作用要强的多.在氯化铵水溶液,NH_4~+中的N及H都是由周围水分子中的氧原子来靠近,而Cl~-则由周围水分子中的氢原子去靠近. NH_4~+及Cl~-的加入确实破坏了溶液中的氢键,但是NH_4~+与水分子间也生成了新的氢键,并且生成的数量大于被破坏的数量,但是氢键力却变弱了,这是之前研究当中没有人提过的现象.随着浓度增大,H_2O、NH_4~+及Cl~-的扩散系数逐渐降低,而降低幅度排序为NH_4~+ Cl~- H_2O.     

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.     

LiCl玻璃急冷过程的分子动力学计算机模拟研究

用分子动力学方法对LiCl玻璃的急冷过程进行了计算机模拟。计算了急冷过程中各温度模拟体系的径向分布函数、配位数和Li⁺,Cl^-的自扩散系数。对模拟体系的键角进行了统计。讨论了不同温度下系统中微观空孔的分布。计算和分析清楚地表明模拟系统的玻璃态转变温度为498—298K。 关键词：     

纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学结合嵌入原子多体势,模拟了不同半径的Ni纳米团簇的升温熔化过程,研究团簇尺寸对熔点和表面能的影响.模拟结果表明:团簇的熔点显著低于体材料的熔点.团簇熔化的过程首先是在团簇的表面出现预熔,然后向团簇内部扩展,直到整个团簇完全熔为液态.在模拟的纳米尺度范围内,团簇的熔点与团簇尺寸基本成线性关系.团簇的表面能随着团簇尺寸的增大而减小,而且表面能均高于体材料的表面能.     

熔体局部结构的分子动力学模拟研究

计算机技术的迅速发展使分子动力学模拟成为可能。这是一种直接方法用以更详细地了解液态的结构。文章介绍在分子动力学模拟产生的一系列平衡瞬态构型基础上的等近邻键序参数方法和使用这一方法对若干熔体局部结构的研究，包括若干碱金属卤化物熔盐，ＣａＦ２快离子态和熔融态，熔融态ＺｎＣｌ２和Ｒｂ２ＺｎＣｌ４，ＢＢＯ熔体和晶体生长母液等。     

湿空气相平衡的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法对湿空气两相平衡问题进行了研究.根据气液相平衡理论,建立了湿空气相平衡模型.水分子、空气分子的相互作用分别采用TIP4P势函数和L-J势函数,水分子与空气分子的相互作用采用L-J势函数.模拟中选取的水分子数为5488,空气分子数为512.模拟研究了湿空气相平衡过程两相中各成分的变化规律,模拟发现气液界面处存在空气分子富集现象,其浓度高于气相和液相的.基于此模型可以确定温度、压力等对气相含湿量和液相溶解度的影响.     

AlxCoCrFeNi高熵合金力学性能的分子动力学模拟

通过分子动力学方法模拟了原子尺度下高熵合金的制备过程,对AlCoCrFeNi进行了微观组织分析,研究了温度和Al含量变化时AlCoCrFeNi高熵合金在轴向载荷作用下的力学性能。模拟结果显示:Al_x CoCrFeNi高熵合金在拉伸过程中依次经历弹性—屈服—塑性阶段。屈服后,材料开始出现位错,随之出现层错和孪晶;随着位错的不断产生和湮灭,材料产生了不均匀塑性变形。分析显示:Al与其他元素的原子半径差产生的晶格畸变效应以及Al与其他原子的结合力影响了高熵合金的杨氏模量和屈服应力;温度升高导致金属原子间的热振动加剧,原子动能增加,原子间的距离增大,原子间的结合力下降,致使合金的弹性模量和屈服应力下降,温度的净效应类似于晶格畸变。     

纳米Cu颗粒等温晶化过程的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和镶嵌原子势,模拟了500个Cu原子(简称Cu₅₀₀) 组成的纳米颗粒的等温晶化过程.利用修正的均方位移、键对分析技术和内在结构(IS) 等方法对该过程中的结构和动力学行为进行分析研究.结果显示:与块体金属不同的是, Cu₅₀₀纳米颗粒在某一温度保温时,其晶化时间并不是一个定值, 而是存在一个统计分布,并且保温温度越低其晶化时间的分布范围越广, 最长晶化时间越长.在低温晶化时, Cu₅₀₀经历了一系列中间构型的转变才达到晶态, 表现出多步晶化的特征.文章作者研究了颗粒的初始构型对晶化进程的影响, 发现颗粒的初始结构特征和能量状态对其随后的晶化过程有着重要的影响, 同一温度下,颗粒初始构型的IS能量越低其晶化时间越长,这一点在低温时尤其明显.     

分子动力学模拟中的变截断半径算法

在分子动力学模拟中,人们往往根据所研究的对象选取一个固定的截断半径,而不同的作者所推荐的有效截断半径值甚为分散。这一方面影响了模拟结果的精度,同时也造成了截断半径选取的困难。本文提出了一种变截断半径的新算法,可根据对象所处的状态灵活地改变截断半径。文中以两相平衡系的非均匀各向异性区的模拟为例,采用所提出的方法得到了更接近实验的结果,同时也节约了计算时间。     

磷酸二氢铵水溶液构型能和径向分布函数的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟对不同温度下磷酸二氢铵水溶液的构型能和径向分布函数进行了研究．磷酸二氢根被看作七节点模型,铵离子被看作五节点模型,而水分子则被看作简单点电荷模型．在饱和温度 附近,体系局域粒子数密度有波动．373?400 K的溶液势能增长缓慢表明磷酸二氢铵部分分解．磷酸二氢根中的氧原子与铵离子中氢原子的径向分布函数在三种不同温度下呈现明显不同,表明溶液中平均氢键数目随温度的变化明显改变．温度对磷酸二氢根中的氢原子和氧原子的结合有一定的影响,而在饱和溶液中有更多的生长基元产生．     

低能Pt原子团簇沉积过程的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟系统研究了低能Pt38,Pt141和Pt266原子团簇与Pt(001)表面的相互作用过程,详细分析了初始原子平均动能为0.1,1.0和10eV的原子团簇的沉积演化过程及其对基体表面形貌的影响.研究表明,初始原子平均动能是描述低能原子团簇的重要参量.当团簇的平均原子动能较低时,团簇对基体表层原子点阵损伤较小,基本属于沉积团簇;随着入射团簇的原子平均动能的增加,团簇对表层原子点阵结构的破坏能力增强,当团簇的原子平均动能增加到10eV时,团簇已经显现出注入特征.低能原子团簇对基体表面形貌的影响 关键词： 分子动力学模拟 低能原子团簇 载能沉积     

金属Cu熔化结晶过程的分子动力学模拟

采用常温、常压分子动力学模拟技术,研究了在周期性边界条件下,由８６４个Ｃｕ原子构成的模型系统的熔化、结晶过程。原子间相互作用势采用ＥＡＭ势。模拟结果表明：在连续升温过程中,金属Ｃｕ在１５２０Ｋ熔化;以不同的冷速进行冷却,在较慢冷却条件下,液态Ｃｕ在１０１０Ｋ结晶;当冷速较快时,液态Ｃｕ形成非晶态。分析了升降温过程中熔体偶分布函数、原子体积、能量、ＭＳＤ随温度的变化特征。     

分子动力学模拟技术在尿嘧啶分子中的应用

通过半经验势分子动力学模拟在（N,V,T）系统下计算出尿嘧啶分子中的每个原子随时间演化过程时的位置,速度,受力的大小、方向与键长,键角的变化。从而得到在目前由于技术等原因的限制而在实验当中很难或无法得到的相关粒子的微观数据。为更近进一步了解分子内部运动提供理论基础。     

分数布朗函数在分子动力学模拟中的应用

本文基于分子动力学模拟的结果,采用分形理论方法提取分维数作为特征数,构成分数布朗运动的位移增量、 速度和速率的概率密度函数来描写微粒的运动。同时,与分子动力学模拟直接统计结果比较,二者吻合较好。     

简单流体迁移性质分子动力学模拟研究

通过平衡分子动力学方法和Lennard-Jones势能模型,本文对简单流体氖、氩、氪和氙的迁移性质进行了模拟研究,得到了其随温度变化的关系图.并将模拟结果与NIST推荐的数据进行了比较,除氖以及氙高温度区外,得到的黏度和导热系数的相对偏差皆在±15%之内.同时分析了几种影响简单流体迁移性质分子动力学模拟结果的主要因素.