蒸发与凝结现象的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了气液共存体系的蒸发与凝结现象,模拟验证了经典理论对界面分子碰撞流率预测的有效性,并通过对气液界面上的相变微观过程的分析统计,获得了气相分子凝结的判据,以此为依据提出了采用分子动力学方法统计凝结的新方法,模拟计算了3个不同温度下氩的凝结系数,对不同温度条件下的分子动力学模拟表明,氩的凝结系数随系统温度的升高而减小。     

纳米尺度水薄膜液-气相变分子动力学模拟

采用分子动力学模拟,研究了纳米尺度水薄膜厚度和系统温度对液-气相变蒸发率的影响.模拟了水薄膜厚度为2nm时,温度(375~425K)对相变蒸发率的影响;同时模拟了温度400K条件下,水薄膜厚度(2、3、4nm)对相变蒸发率的影响.结果表明:相同水薄膜厚度下蒸发率随着温度的升高而增大,相同温度下蒸发率随水薄膜厚度的增大而增大,蒸发率随时间呈指数形式递减.相关结果可为微热管及其他依靠内部液体相变传热的散热器件设计提供参考.     

Lennard-Jones 纯流体液汽界面的分子动力学模拟

在表面张力长程校正公式的基础上,应用正则系综分子动力学模拟方法较为系统地对Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ（ＬＪ）纯流体的液汽平衡及界面性质进行了模拟研究。在温度Ｔ＊＝ｋＢＴ／ε为０．７５～１．２０范围内,分别计算了７个温度条件下ＬＪ纯流体的汽液相共存平衡密度、密度分布、表面张力和界面厚度。研究结果表明：文中得到的ＬＪ纯流体汽液相平衡密度与采用Ｇｉｂｂｓ系综ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟计算结果基本一致;表面张力的模拟计算值与实验数据符合较好;另外,随着温度的升高,流体的表面张力降低而界面厚度变大。     

电流变液的分子动力学模拟

运用分子动力学方法研究了电流变液的在外电场下的液－固相变过程,原子间的相互作用采用简单偶极势来描写,计算结果表明：对于一个给定的外电场,当系统温度逐步降低的时间,电流变液中的颗粒首先会沿电场方向排列成链状结构,然后逐步转变成块状体四方结构。研究结果与作者前期用统计力学方法所得结论相一致,也与实验结果比较吻合。     

模型溶液的分子动力学模拟及扩散系数计算

通过对模型溶液的分子动力学模拟，确定了这些溶液的径向分布函数，自扩散系数Ｄ１、Ｄ２和互扩散系数Ｄ１２。结果表明，用Ｅｉｎｓｔｅｉｎ法和Ｇｒｅｅｎ－Ｋｕｂｏ法得到的扩散系数在数值上是一致的；溶液互扩散系数Ｄ１２与自扩散系数Ｄ１和Ｄ２满足关系式Ｄ１２＝ｘ１Ｄ１＋ｘ２Ｄ２。     

膜状冷凝初期过程的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,对氩蒸气在铂金属表面发生的膜状冷凝过程进行了研究.为保证冷凝过程在相对较长时间范围内持续稳定进行,提出了一种改进的气态分子补充方法.通过逐时对系统内局部温度及密度进行统计,获得了不同时刻的参数分布.结果显示:在模拟时间范围内,液膜厚度近似线性增加,壁面附近液相分子受固壁势能作用而呈现出密度振荡的"液体层状化"分布;液膜内产生温度梯度,固液界面处温度跳跃现象明显.考察了气体温度以及壁面润湿性变化产生的影响,结果表明:随着气体温度的升高,温度梯度以及温度跳跃均增大;液相密度略有下降,液体内层状区域的密度振荡范围略有减小,气液界面厚度增加;质量流率以及液膜厚度增长速率也都增大,反映出更大的气固温差加快了冷凝过程的进行,这一点与宏观规律一致.随着润湿性增强,液膜厚度增长加快,液体层状区内的密度振荡范围增加,液膜内温度梯度增大,温度跳跃大幅减小,冷凝过程得到显著强化.显然,近壁面区内的热传导对整个冷凝过程进行的速度具有重要影响.     

Al液诱导凝固过程的分子动力学模拟

采用分子动力学(molecular dynamics,MD)方法模拟了嵌入不同半径(0.37～2.4 nm)固态Al晶核的Al液诱导凝固过程.结果表明,体系临界温度和嵌入晶核半径的倒数呈线性关系,符合吉布斯-汤姆森(Gibbs-Thomson,G-T)效应,得到的G-T系数Γ为1.4×10~(-7)K·m,体材料熔点T_m~(bulk)为(985.36±11.25)K.借助Γ计算出固液界面能为(140.35±9.05) mJ/m~2,与通过毛细波动法获得的149 mJ/m~2比较接近,再次证实了Turnbull的实验值(93 mJ/m~2)较低.外推得到诱导凝固失效半径为0.91 nm,此时体系温度已达到临界温度极限值.在该极限值下,体系可以自发形核,孕育时间呈现随机性,微观结构表现为不稳定的层错互相交织.在有效晶核尺寸范畴内,孕育时间随嵌入晶核半径的增大而增加,长大速度却随半径的增大而降低,微观结构是稳定的lamellar结构.     

油水界面上AOT聚集行为的分子动力学模拟

用分子动力学模拟（MD）方法研究了2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠（AOT）在异辛烷／水界面的聚集行为．结果发现：AOT作为界面改性剂可以在油水界面形成单分子层,并随着浓度的增加从不饱和到饱和、从无序到有序发展;由于存在静电相互作用,盐（NaCl）的加入可以改变表面活性剂在油水界面的排列．     

分子动力学模拟在矿物浮选中的研究进展

浮选药剂是实现矿物选择性分离的关键,尤其是组合药剂在矿物浮选中应用广泛。药剂性能的发挥与其在三相界面的微观吸附结构及组装行为密切相关,从微观层面探索药剂的作用机制成为近年来的研究热点。随着高性能计算的飞速发展,分子动力学模拟逐渐成为研究矿物浮选行为的有利工具。本文以硅酸盐矿物浮选体系为例,论述近年来组合捕收剂在硅酸盐浮选分离中的应用,阐述研究者对药剂在水溶液体系、气-水界面及矿物-水界面的分子动力学模拟研究进展,指出目前模拟研究中存在的问题,并对分子动力学在矿物浮选中的应用发展前景进行展望。     

食盐水溶液多效蒸发平流加料流程的计算

食盐水溶液多效蒸发平流加料流程的工艺计算由于涉及较多的计算项目和不定因素而比较困难。文中给出了该流程物料衡算和能量计算的基本方法，得到了1组近似方程，可用于编程运算求出其精确解。     

三效顺流烧碱蒸发过程的操作型优化策略

提出了一个适用于工厂现有流程的操作型优化新策略。该方法以最优化原则为依据，以装置的最大处理量为目标，寻求在一定操作条件下的最优面积序列，在数学模型的求解中，应用解{耦法的思想，将模型方程按类别分组，用“双层法”选代求解，内层循环寿等面积的设计计算过程，外层循环依面积的差异较正处理量。计算过程稳定，容易收剑。通过对工厂实例的计算。按优化的方案进行流程改造，不仅裴置的生产能力可显著提高，且能量单耗亦可有较大幅度的降低。     

特高压输电导线直流电场下过冷雨滴碰撞系数

在早春或初冬,过冷雨滴撞击导线表面结冰、进而易于诱发导线舞动。对碰撞系数或导线覆冰的研究主要集中在风速、雨滴大小和导线直径等关键参数上,鲜见涉及电场作用的讨论。为了阐明直流电场对输电线路碰撞系数的影响,提出了雨滴质量流量的计算公式,并用Euler-Lagrange方法对雨滴撞击导线表面的过程进行了数值计算。利用Fluent软件分析了电场强度、雨滴电荷密度、导线截面形状、风速等对碰撞系数的影响。结果表明,碰撞系数随电场强度的增加而减小。当电场强度从0kV/cm增加到66.7kV/cm时,碰撞系数降低约33%。由于带电导线与雨滴之间会产生排斥作用,部分雨滴远离导线,导致碰撞系数降低。真实绞线在无电场作用下的碰撞系数略小于简化圆形截面的碰撞系数。在直流电场作用下,当风速达到8m/s时,导线的碰撞系数随风速的增大而减小。超过该阈值后,碰撞系数基本保持不变。     

CO2与水表面相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,研究了CO₂分子与水表面的相互作用,发现CO₂分子会被水的表面束缚一段时间,给出了CO₂在水气界面两侧的概率分布以及平均束缚时间和浓度等随温度的变化趋势,还估算得出风对水气界面与CO₂作用的影响有限.所得结果对于深入认识海气间CO₂的传输机制有一定的指导意义.     

太阳能被动蒸发风洞研制

随太阳辐射动态周期变化的空气温度、湿度等气候参数小时间步长控制的模拟实验环境,可以实现建筑围护结构热工性能的重复性实验,是研究多孔建筑材料及室外环境铺装材料在自然气候要素下被动蒸发降温问题的重要手段。介绍的动态热湿气候动态风洞实验台,在传统风洞风速模拟与控制实验技术基础之上,通过增加太阳辐射模拟和空气温湿度控制,初步实现了对室外自然气候中太阳辐射、风速及温、湿度环境的模拟控制。经过对可视化程序设计的风洞环境测控系统的调试,风洞内四参数辐射照度、风速、温度和湿度各指令值与模拟值的平均偏差分别为-0.6%, 2.9%, 0.7%和-0.7%,该风洞实验台可以用于含湿建筑材料太阳能被动蒸发降温问题的研究。     

广阔水面蒸发模式

广阔水面蒸发力的强弱可以通过实测的蒸发量数据来表示，从而用来研究过去的蒸发过程．预测今后蒸发趋势则需蒸发量的计算．本文讨论了在广阔水面条件下，通过建立数据库，得到蒸发计算模式．     

高压脉冲作用下水中硬岩的电场特性研究

高压脉冲液相放电由于其众多优势,广泛应用在岩石的破碎、石油开采、污水治理等领域.本文通过推导等效放电回路方程,得到放电电流及达到峰值电流的时间表达式,从而在COMSOL Multiphysics中定义脉冲电压,并将其加载在仿真模型的高压电极上.模拟仿真硬岩矿物组成、粒径、电极距离对电场强度和分布特征的影响.结果表明电场强度高度依赖矿石的电学性质、进料粒径、以及矿粒的位置.矿粒的介电常数差异越大,电场越强,分布越不均匀;电场强度向矿石边界转移,体现了电破碎的选择性破碎的机理,以及最大场强随着矿粒尺寸呈指数减小.     

水温对器皿蒸发量影响的实验研究

利用一对设置在相同气象条件下的黑白标准A型蒸发器皿,观测两者气象要素、水温及蒸发量等动态特征,并根据现有的6个蒸发模型,探究水温对器皿蒸发量的影响.结果表明:1)设计的观测方法可以用于研究水温对器皿蒸发的影响.黑皿与白皿之间的水温和蒸发速率呈现明显的差异,在50天的观测期内,二者平均水温差为0.4℃,平均日蒸发量差为1...     

胺-钾碱液吸收二氧化碳的平衡研究

本文提出一种简易流程、装置和测试方法，经有限次试验测定和数据处理，获得经验公式，提供在较宽范围内进行平衡计算的依据。