一种新的Lennard-Jones链式流体自扩散系数计算公式

基于Chapman-Enskog流体扩散系数理论,结合一套较新的针对Lennard-Jones链式(LJC)流体的分子动力学模拟数据,提出了一个新的计算LJC流体自扩散系数的半经验公式.新公式引入包含6个拟合参数的两个修正函数,分别对长链分子间排斥势能和吸引势能对分子间摩擦系数的影响进行修正,更加准确地反映出真实流体分子间的相互作用情况.新公式在较广泛的温度、压力范围内对22种LJC流体的自扩散系数进行了预测,预测结果与1081个实验数据点比较的平均绝对偏差为3.41%.     

基于介观分析的纳米石墨毡水自扩散

目的研究全钒液流电池(VRB)电极中水的自扩散行为.方法基于martini力场原理,使用material studio软件构建水和电极的粗粒化模型,用介观动力学的方法研究温度、毛细管占总模型的质量分数、毛细管的长度对水在石墨毡电极中自扩散行为的影响,通过均方位移分析不同因素对水自扩散系数的关系,通过径向分布函数分析不同因素对水在模型中有序性的影响.结果随着温度的升高,水在电极中的自扩散系数增大,有序性降低;毛细管长度增加,水在电极中的自扩散系数降低,有序性不变;毛细管占总模型的质量分数增加会增大水在石墨毡中的自扩散系数,降低水在电极中的有序性.结论所得结果与实验值进行比较,处于同一数量级,模型结果可靠.     

二氧化碳水二元混合流体的分子动力学模拟研究

对二氧化碳、水的二元混合流体进行分子动力学模拟,研究了温度、压强、浓度条件变化对二氧化碳水二元混合流体性质的影响．所得计算结果与实验值符合得非常好．分析结果得出,混合物中水的自扩散系数与二氧化碳的自扩散系数随压强增大而减小,混合物中水的径向分布函数受温度、压强的影响较二氧化碳显著,水中的H与二氧化碳中的O形成的氢键作用力随温度增加而增强,随水的浓度增加而减弱．     

基于蒙特卡罗方法的水扩散系数及其与温度的关系

使用蒙特卡罗方法,在计算机上模拟了水分子在水中的自扩散过程,进而估算了水的自扩散系数.通过对1标准大气压、不同温度条件下水的自扩散系数进行计算,并与相同条件下的实验值以及其他文献中的计算值进行对比,发现数值较为接近,说明模拟方法较为成功.同时,研究了模拟的自扩散系数与温度的关系,发现自扩散系数随温度升高而快速增加,与温度的倒数间成负指数关系,这与实验和理论结果符合得很好.     

L-J流体扩散系数的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟的方法,计算了模型流体氩及氩／氪溶液的自扩散系数和互扩散系数．计算结果表明,对不同状态下氩的自扩散系数的计算与实验结果符合较好,误差在10％左右;采用Green-Kubo法和Einstein法计算的扩散系数相等．氩／氪溶液的理想性较好,由径向分布函数计算得到热力学因子Q的数值为1．03。     

一种新的二元Lennard-Jones链式流体互扩散系数计算公式

在前期工作提出的Lennard-Jones链式(LJC)流体自扩散系数计算公式的基础上,将计算平衡性质物性参数的范得瓦尔斯混合法则尝试应用于迁移性质的计算中,提出了一种新的计算二元LJC流体互扩散系数的计算公式.公式不包含二元可调参数,物理意义更加明确.通过不同温度、组分范围的12对二元LJC流体的270个实验点对新的方法进行了验证,新公式计算结果与实验值的平均绝对偏差为6.98%.与其他计算方法的比较结果显示,该计算方法具有更高的精度.     

体相CO2约化自扩散系数的标度律关联模型

用巨正则转换矩阵蒙特卡罗（GC-TMMC）和分子动力学（MD）模拟方法研究了体相CO2单位分子的过剩熵与其约化自扩散系数（D*s）的标度关系。过剩熵主要考虑3种定义：总体过剩熵sex，以分子重心径向分布函数定义的二体熵s(2)c和所有原子径向分布函数定义的二体熵s(2)t。结果表明，总体过剩熵sex与D*s之间存在明显的标度关系，并且独立于状态点所处的相态，可以用热力学量-过剩熵来关联动力学量-自扩散系数（约化方式）；二体熵在小于超临界温度范围内的标度结果偏离了-sex-D*s的“共同曲线”。本文拓展了过剩熵标度律在分子流体中的应用范围，得到了其在体相CO2自扩散系数关联中的应用规律。     

控温方式对甲烷自扩散和局部结构影响 的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法,通过设置两种控温方式(Andersen和Berendsen),研究了甲烷在较宽温度和压力范围的分子自扩散系数和配位数.结果表明,采用Andersen控温方式得到的甲烷自扩散系数与文献实验值相差甚远,而以Berendsen控温方式得到的甲烷自扩散系数与文献实验值较吻合,并且两种控温方式得到的甲烷平均配位数相差较小.因此,应采用Berendsen控温方式对甲烷的自扩散行为进行分子动力学模拟研究.     

超临界水密度和自扩散系数预测的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了温度范围为673.15～873.15 K,压力范围为22.1～131.3 MPa条件下不同状态点水的密度和自扩散系数,并与实验结果进行对比.模拟体系为256个水分子,模拟系综为等温等压系综.模拟结果表明:密度和自扩散系数的模拟预测值与实验值基本一致;密度的模拟预测值大多低于实验值,最大相对误差小于-20 %;自扩散系数的模拟预测值大多高于实验值,但最大相对误差小于±20 %.在缺乏实验数据时,利用单点电荷 (SPC)势能模型,可采用分子动力学方法预测超临界水的密度和自扩散系数.     

用第二音速维里系数确定分子间势能模型参数研究

利用工质的音速与第二维里系数的关系,推导出第二音速维里系数与分子间势能函数的关系式,提出了一种新的拟合分子间势能模型参数方法.并利用此方法,拟合得到了一些简单流体和制冷剂的的方阱、LJ(6,12)及Kihara等势能模型的参数.与传统方法相比,该法拟合势能参数具有更高的精度.     

分子动力学模拟研究纳米孔道中受限水的自扩散

利用分子动力学模拟技术考察受限于3种不同材料的纳米孔道(单壁碳管、硼氮管、铁原子孔道)中水分子的静态结构与扩散动力学,计算孔道中水分子沿轴向的自扩散系数Dz,讨论孔道截面尺寸、形状以及组成材料的变化对水分子扩散动力学的影响.结果表明,水分子的轴向自扩散系数随孔道半径的增大而减小,光滑的孔道壁有利于水分子的运输.在3种孔道限制体中,水分子在单壁碳纳米管内的自扩散系数最大.     

外磁场作用下乙醇团簇的分子动力学模拟

采用NVT正则系综对乙醇分子团簇进行了分子动力学模拟．模拟结果表明,外加磁场和温度对乙醇分子簇的影响比较大．同一磁场下,乙醇分子簇的自扩散系数随温度的升高而逐渐增大;同一温度下,随着外加磁场的不断增强体系的自扩散系数逐渐减小．值得注意的是：当磁场增加到0．5T时,298K温度下的自扩散系数变化最为明显．同时,在273K和298K时随着外加磁场的增大乙醇分子簇的径向分布函数的峰值逐渐增大;而在323K时径向分布函数基本重合．     

超临界甲醇的分子动力学模拟

本文采用分子动力学（MD）方法对超临界甲醇体系结构性质和动力学性质进行了模拟研究．结果表明,在超临界条件下甲醇体系因密度涨落存在分子聚集现象,且在低密度区域更明显．与常温常压条件下相比甲醇分子间的氢键作用明显减弱,结构变得松散,分子极性大大降低,自扩散系数上升了十几甚至几百倍．随着压强的增大,甲醇分子间的氢键作用增强,扩散系数减小;随着温度的升高,甲醇分子间的氢键作用减弱,自扩散系数增大,且在接近临界压力时、自扩散系数随温度的变化幅度更大．     

利用分子动力学方法研究吸附原子在Re（0001）表面的自扩散行为

利用分子动力学与分析型嵌入原子模型,研究了吸附原子在Re(0001)表面的自扩散行为.本文计算的扩散系数符合Arrhenius关系.扩散激活能与前因子从Arrhenius关系得到.计算的扩散激活能与低温场离子显微镜实验结果吻合,而前因子与一般理论计算结果相符.     

基于扩散势能和自由体积的扩散系数模型

为探讨流体扩散机理进而研究流体传递性质，在同时考虑自由体积和活化能的基础上，提出一种计算自扩散系数模型，并给出新模型中各个因子的物理含义．还提出一种计算扩散势能的新方法，并应用于新模型．同时将衍生Vander Waals状态方程应用于求解自由体积，式中所需径向分布函数由Morsali—Goharshadi方程得到．结果表明在相同条件下，新模型比原自由体积模型更准确．因此在计算自扩散系数时，需要同时考虑自由体积和活化能．     

ITQ-3分子筛中甲烷和正丁烷混合物扩散性质的模拟

采用分子动力学方法先分别模拟了单组分的CH_4和C_4H_(10)在二维分子筛ITQ-3中的自扩散系数随负载N的变化。研究表明,在z轴方向的窄孔道中,自扩散系数随负载N的增加两者均表现出先增大后减小的扩散模式,而在y轴方向的宽孔道中,则随负载N的增加单调递减。之后,又模拟了二元组分CH_4和C_4H_(10)混合物在ITQ-3分子筛中随总原子数变化的扩散行为。结果发现,在z轴方向上,当负载N较小时,CH_4的扩散系数随总原子数的增多而增大;当负载N较大时,CH_4的扩散系数随总原子数的增多而减小。在y轴方向上,当负载N较小时,CH_4的扩散同z轴方向一样表现出随总原子数的增多而增大的现象,明显不同于单组分CH_4在y轴方向上的扩散;但随着负载N的增多,在z轴方向的孔道中发生堵塞效应的总原子数在y轴方向的孔道中仍处于过渡状态。     

氧和铝在氧化铝中的自扩散参数评估

评估了氧和铝在Ａｌ２Ｏ３中的自扩散参数,分析了其扩散机理．得出：（１）在１７７０～２１００Ｋ 温度范围内,氧分压不超过１．０×１０５Ｐａ时,杂质总含量为３０×１０－６～５００×１０－６,Ｍｇ,Ｔｉ含量低于３０× １０－６的未掺杂Ａｌ２Ｏ３单晶中,氧的自扩散系数与温度的关系式,氧分压和扩散方向对该扩散系数 值影响不明显．（２）在１９４３～２１７８Ｋ范围,多晶Ａｌ２Ｏ３中铝的自扩散系数在１０－１５到１０－１４ｍ２／ｓ之间, 扩散活化能为 ４７７ ｋＪ／ｍｏｌ．（３）单晶Ａｌ２Ｏ３中主要杂质为ＴｉＯ２和 ＭｇＯ,掺Ｔｉ将降低氧的自扩散系 数,增加铝的自扩散系数;掺Ｍｇ使氧的自扩散系数略有增加;其他杂质对氧和铝在Ａｌ２Ｏ３中的 扩散系数影响不大．（４）氧和铝均通过空位扩散．     

致密油压后渗吸分子动力学模拟

在渗吸采油过程里,致密油储层微纳米孔隙中流体的吸附散和运移行为难以通过常规实验手段来描述。采用分子动力学模拟研究在不同温度、不同时间下渗吸过程中原油从孔道置换的现象和致密油自身的赋存状态,并分析分子间的作用机制。模拟结果表明,原油的自身扩散能力和压裂液剥离能力是导致原油被置换出孔道的两种现象“析出”和“剥离”的原因。烷烃自扩散能力导致“析出”少量的游离态原油会在升温的影响下产生微弱增加,而由于压裂液对原油的配位数接近于1说明油水两相混相,大量的原油成油带状被“剥离”出孔道,剩下孔道内吸附态的原油随着温度的提升逐渐减少,并且从范德华力的角度解释原油对岩石表面的吸附是从远离压裂液一端率先发生。此外也揭示了压裂液中内部组分和岩石表面的羟基结合生成氢键和隔绝分子层使原油剥离的机理。此研究结果全面深刻的从分子尺度探究了压裂液/致密烷/纳米级孔道体系下渗吸驱油机理,对致密油开发具有指导意义。