Molecular Forcefield Methods for Describing Energetic Molecular Crystals: A Review

Energetic molecular crystals are widely applied for military and civilian purposes, and molecular forcefields (FF) are indispensable for treating the microscopic issues therein. This article reviews the three types of molecular FFs that are applied widely for describing energetic crystals—classic FFs, consistent FFs, and reactive FFs (ReaxFF). The basic principle of each type of FF is briefed and compared, with the application introduced, predicting polymorph, morphology, thermodynamics, vibration spectra, thermal property, mechanics, and reactivity. Finally, the advantages and disadvantages of these FFs are summarized, and some directions of future development are suggested.     

Thermoresponsive Ionic Liquid/Water Mixtures: From Nanostructuring to Phase Separation

The thermodynamics, structures, and applications of thermoresponsive systems, consisting primarily of water solutions of organic salts, are reviewed. The focus is on organic salts of low melting temperatures, belonging to the ionic liquid (IL) family. The thermo-responsiveness is represented by a temperature driven transition between a homogeneous liquid state and a biphasic state, comprising an IL-rich phase and a solvent-rich phase, divided by a relatively sharp interface. Demixing occurs either with decreasing temperatures, developing from an upper critical solution temperature (UCST), or, less often, with increasing temperatures, arising from a lower critical solution temperature (LCST). In the former case, the enthalpy and entropy of mixing are both positive, and enthalpy prevails at low T. In the latter case, the enthalpy and entropy of mixing are both negative, and entropy drives the demixing with increasing T. Experiments and computer simulations highlight the contiguity of these phase separations with the nanoscale inhomogeneity (nanostructuring), displayed by several ILs and IL solutions. Current applications in extraction, separation, and catalysis are briefly reviewed. Moreover, future applications in forward osmosis desalination, low-enthalpy thermal storage, and water harvesting from the atmosphere are discussed in more detail.     

纳米变截面结构的导热性质

采用分子动力学方法模拟了固态氩的纳米变截面结构的导热性质,研究发现纳米变截面材料的热阻和热流的大小与方向都相关:当纳米结构沿热流的方向为渐缩时,纳米结构的热阻随热流的增加而增大,而当纳米结构沿热流的方向为渐扩时,纳米结构的热阻随热流的增加呈减小的趋势;当热流较大时,热流沿渐缩方向时的热阻明显大于热流沿渐扩方向时的热阻,但当热流较小时纳米变截面结构的热阻和热流方向的关系不大.最后依据热质的运动和传递理论的动能效应对该现象进行了分析解释.     

基于有限元的舌体三维温度场数值模拟

依据生物体自然形态所进行的三维温度场建构与计算是近年来国内外生物传热研究中的焦点之一.采用血管铸型的方法获取猪舌的血管树,通过数码成像及逆向建模将其转换为计算机可识别的数字模型.以Pennes方程为基准方程,对自然形态和实际传热状态下的舌体三维温度场进行了重构计算,并获得成功.通过此方法可获取其它生物体器官三维空间的温度分布,对本研究而言,舌体三维温度场计算的成功为探索生物传热与中医舌诊的机理研究搭建了技术平台.     

开式轴流风扇气动噪声预测

本文采用LES/FW-H的匹配方法,研究了开式轴流风扇内部旋涡流动特征及其与叶片表面干涉引起的气动噪声之间的联系,同时进行了远场噪声预测,探讨了叶轮不同表面辐射噪声时的频谱分布特征.研究结果表明,开式轴流风扇吸力面附近形成的叶尖涡和前缘分离涡在吸力面叶片表面相应位置形成大压力波动,形成主要噪声源;叶片吸力面的辐射噪声可以通过改善吸力面附近的旋涡流动来降低;低速轴流叶轮由叶轮壁面辐射的噪声以宽频成分为主.     

扩散式气固分离器内两相流动数值模拟

采用RNG k-ε模型、随机颗粒轨道模型对扩散式气固分离器内的两相流动情况进行了数值模拟研究,讨论了流速对分离效率的影响,颗粒分级分离效率,颗粒轨迹,以及多个几何结构尺寸对分离效率和阻力系数的作用情况.数值模拟结果表明该类分离器流场总体成双层流动结构,分离器对4 μm以下的小颗粒分离效率较低,流速对分离效率的作用比较明显,各结构尺寸对阻力系数和分离效率的影响比较复杂,结构尺寸的取值有一定比例范围.     

多孔材料强化管内对流换热的数值研究

对多孔材料强化管内换热进行了数值研究,详细讨论了多孔材料厚度(0≤e≤1)和渗透率(10-5≤Da≤10)等参数对管内换热特性和压力损失的影响.结果表明:利用多孔材料调整流场分布,剪薄边界层厚度,能够有效地增强管内换热.当Da=10-4时,管内充分发展Nu数最大能够增至空管时5.5倍左右.但管内压力损失随着多孔材料厚度e的增加或Da数的减小而急剧增大.因此在实际应用中,应采用部分填充多孔材料,文中建议最佳的多孔材料厚度e取O.6左右,此时换热可以得到相当程度的强化,而且压力损失控制在可接受的范围内.     

竖壁传热对方腔内Benard对流的影响

本文采用具有QUICK差分格式的SIMPLE算法对边界竖壁传热的方腔内空气Benard对流进行了数值计算,根据计算结果探讨了竖壁传热对Benard对流的影响.计算表明,在所考虑的几何和物理条件下,所有竖壁绝热时,腔内流体形成平行与短轴的多个涡卷;竖壁存在传热时,腔内流体形成平行于长轴的两个涡卷,并且平行于长轴竖壁的传热热流方向相反时,涡卷的旋转方向也相反;垂直于长轴蛏壁的传热对近壁附近的流动有一定影响.     

湍动雾化射流液雾粒径分布的数值模拟

对水在空气中湍动雾化射流的气液两相流场进行了数值模拟.其中,气体流场采用k-ε湍流模型进行模拟,给出了载气轴向速度的分布情况.对喷雾粒子的运动采用颗粒轨道法,建立粒子破碎和碰撞的数值模型,研究了液雾粒径在不同工况下沿轴向的变化趋势.数值模拟结果与实验结果在多种气液比下进行了比较,两者吻合较好.同时,分析了初始粒径和粒子总数及喷嘴尺寸对液雾粒径变化趋势的影响,讨论了有助于粒径均匀分布的条件.     

棱形石墨烯纳米孔道内离子传输性能的分子动力学模拟

纳米通道的尺寸、结构和表面化学对其内部溶液的分布结构和输运性质有着重大影响.本文研究了一种全新的菱形石墨烯纳米通道.这种理想的通道与最近被广泛研究的金属有机框架材料(MOF)的内部结构类似,有着与传统的碳纳米管截然不同的内部结构.本文使用分子动力学模拟的方法研究在不同尺寸的菱形石墨烯纳米通道内的KCl溶液的性质,并将其与同尺寸的单壁碳纳米管进行了比较.研究结果表明在小孔道内(<20?)其内部的溶液结构呈现若干个密度极高的聚集区域,即出现了结晶化的趋势．这一研究结果,将为MOF的结构设计提供思路,从而有望实现类似于生物离子通道的高选择性和高传输能力.