浸没边界-简化热格子Boltzmann方法研究及其应用

针对流固耦合传热问题,本文提出了一种基于浸没边界-简化热格子玻尔兹曼方法(immersed boundary method-simplified thermal lattice Boltzmann method,IB-STLBM)的耦合模型.不同于传统的格子玻尔兹曼方法使用分布函数演化流场和温度场,简化热格子玻尔兹曼方法(simplified thermal lattice Boltzmann method,STLBM)的演化过程不需要依赖分布函数,只涉及平衡态分布函数和非平衡态分布函数,能够直接演化宏观量,极大减小了计算过程中所占用的虚拟内存,简化了边界条件的实现方式,同时具有较高的稳定性.传统的浸没边界法对流场的计算采用欧拉网格,对固体边界采用拉格朗日网格,认为固体边界是对流场产生某种体积力.在应用浸没边界法时,汲取介观的思想,把固体的介入看作是对流场的干扰,打破了固体附近流体介观微团颗粒原始的平衡状态,这种干扰可以看作是在耦合边界上产生的一个非平衡项,可用非平衡态分布函数来表示.基于此,在模型中浸没边界法与简化热格子玻尔兹曼方法更紧密联系在一起,更大程度发挥二者的优点,整个计算过程更加简单直观,符合物理特性.通过对热圆柱绕流和内含热颗粒的封闭方腔自然对流问题的模拟以及对其结果的分析,验证了该算法在求解流固耦合传热问题的有效性和可行性.      

真实自然地表的红外辐射特性研究

采用特定算法从全球遥感卫星数据库中提取局部地区自然地表的高度信息和地表覆盖类型,结合地表几何结构生成技术和地面红外辐射理论模型,充分利用先验知识研究了国内的喀什、嫩江和衢州三地的地表组分温度及其红外辐射特征。给出的方案为地表组分温度的反演提供了参考依据,同时也大大提高了遥感信息的利用率。     

Fe原子活化乙烷的微观反应机理

本文采用密度泛函理论B3LYP方法在6-311 G(d,p)基组水平上研究了Fe原子催化乙烷反应的微观反应机理,优化了反应过程中各反应物、中间体、过渡态和产物的构型,并在同一水平上计算了反应中各驻点的振动频率,运用自然键轨道理论(NBO)方法分析了各物质的成键情况和轨道间相互作用。Fe原子对乙烷的活化过程可分为C-C键活化及C-H键活化,分别释放出CH4和H2。     

配合物1,3-二甲基-2-二茂铁基甲基苯并咪唑的量子化学DFT研究

苯并咪唑及其衍生物具有良好的生物活性和荧光性质[1,2],在DNA拓扑酶抑制剂、HIV逆转录酶的抑制剂、分子探针等领域已有广泛应用,一直以来都是广大学者研究的热点[3]。苯并咪唑类化合物是一类活性很强的内吸型杀菌剂,它的主要作用方式是植物病原的R-微管蛋白结合,破坏R-微管蛋白的功能,抑制真菌的有丝分裂和形态建构。然而,随着使用时间的增加,病菌的抗生越来越强,导致在部分地区失效,给农业生产带来巨大损失。所以迫切需要寻找高效、新型的杀菌剂。近些年来,二茂铁衍生物因其广泛的生物活性,如抗癌、杀菌、杀虫、抗炎及调节植物生长等…     

CH3SH…HOO开壳型氢键复合物的结构及其电子密度拓扑性质

在DFT-B3LYP/6-311++G**水平下求得CH3SH…HOO复合物势能面上的稳定构型. 计算结果表明, 在HOO以其O8—H7作为质子供体与CH3SH分子中的S5原子为质子受体形成的氢键复合物1和2中, O8—H7明显被“拉长”, 且其伸缩振动频率发生显著的红移, 红移值分别为330.1和320.4 cm-1; 在CH3SH分子以其S5—H6作为质子供体与HOO的端基O9原子为质子受体形成的氢键复合物3和4中, 也存在类似的情况, 但S5—H6伸缩振动频率红移不大. 经MP2/6-311++G**水平计算的4种复合物含BSSE校正的相互作用能分别为-20.81, -20.10, -4.46和-4.52 kJ/mol. 自然键轨道理论(NBO)分析表明, 在CH3SH…HOO复合物1和2中, 引起H7—O8键长增加的因素包括两种电荷转移, 即孤对电子n1(S5)→σ*(H7—O8)和孤对电子n2(S5)→σ*(H7—O8), 其中后者为主要作用. 在复合物3和4中也有相似的电荷转移情况, 但轨道间的相互作用要弱一些. AIM理论分析结果表明, 4个复合物中的S5…H7间和O9…H6间都存在键鞍点, 且其Laplacian量▽2ρ(r)都是很小的正值, 说明这种相互作用介于共价键和离子键之间, 偏静电作用为主.     

CH2CO＋CH2的多通道反应的理论研究

利用密度泛函(DFT)和自然键轨道理论(NBO)及高级电子耦合簇[CCSD(T)]和电子密度拓扑(AIM)方法, 对单重态和三重态CH₂与CH₂CO反应的微观机理进行了研究. 在B3LYP/6-311＋G(d,p)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型. 在CCSD(T)/6-311＋G(d,p)水平上计算了各物种的单点能量, 并对总能量进行了校正. 计算表明, 单重态CH₂与CH₂CO的C—H键可发生插入反应, 与C＝C、C＝O可发生加成反应, 存在三条反应通道, 产物为CO和C₂H₄, 从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑, 反应II更容易发生. 对反应通道中的关键点进行了自然键轨道及电子密度拓扑分析. 三重态CH₂与CH₂CO的反应存在三条反应通道, 一条是与C-H键的插入反应, 另一条是三重态CH₂与C＝C发生加成反应, 产物为CO和三重态C₂H₄, 通道II势垒较低, 更容易发生. 最后一条涉及双自由基的反应活化能最大, 最难发生.     

3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪二聚体分子间相互作用的理论研究

在DFT-B3LYP/6-31G(d)水平下,求得3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪二聚体势能面上3种优化几何构型和电子结构。经基组叠加误差(BSSE)和零点能(ZPE)校正,求得分子间最大相互作用能为-38.88kJ/mol。电荷分布与转移分析表明,二子体系间的电荷转移很少,但接触点上氮原子和氢原子电荷变化比较大。由自然键轨道(NBO)分析揭示了分子间相互作用的本质。对优化构型进行振动分析,并基于统计热力学求得200.0~800.0 K温度范围从单体形成二聚体的热力学性质变化,发现二聚主要由强氢键所贡献,二聚过程在较低温度或常温下能自发进行。     

取代基对N—H…O＝C氢键三聚体中氢键强度的影响

使用MP2方法研究了氢键三聚体中N-H…O=C氢键强度,探讨了氢键受体分子中不同取代基对N-H…O=C氢键强度的影响.研究表明,不同取代基对氢键三聚体中N-H…O=C氢键强度的影响是不同的:取代基为供电子基团,氢键键长r(H…O)缩短,氢键强度增强;取代基为吸电子基团,氢键键长r(H…O)伸长,氢键强度减弱.自然键轨道(NBO)分析表明,N-H…O=C氢键强度越强,氢键中氢原子的正电荷越多,氧原子的负电荷越多,质子供体和受体分子间的电荷转移越多.供电子基团使N-H…O=C氢键中氧原子的孤对电子n(O)对N-H的反键轨道σ~*(N-H)的二阶相互作用稳定化能增加,吸电子基团使这种二阶相互作用稳定化能减小.取代基对与其相近的N-H…O=C氢键影响更大.     

多肽酰肼法合成Nesiritide

Nesiritide是一类重要的多肽类血管扩张药物,在维持心血管和肾脏的体内平衡方面发挥着重要的作用.目前,Nesiritide的合成主要是通过基因重组表达法获得,该方法操作较为复杂且存在一定的限制.本研究运用多肽固相合成及酰肼连接策略,通过3片段连接高效合成了Nesiritide,为大批量工业化生产该类多肽药物打下基础.     

骨架环肽的化学合成研究进展

骨架环肽是线性肽的C端和N端通过酰胺键进行首尾环合而形成的环状分子.研究者从细菌、真菌、植物和动物中发现了大量的骨架环肽.这种首尾环合的结构,使得骨架环肽具有很好的酶稳定性、热稳定性和化学稳定性,部分骨架环肽具有细胞膜通透性.骨架环肽分子异常的稳定性和高效的生物活性,使得其成为目前药物领域的研究热点.为了更深入地研究它们的结构和功能,骨架环肽的制备成为一个重要问题.概述了化学合成骨架环肽的一些方法,包括:(1)固相环合策略;(2)液相环合策略;(3)分子内自然化学连接策略,并对这些方法的特点和效率进行了讨论比较.