微孔中流体结构性质和传递性质的分子动力学模拟研究

摘要

受限在微孔介质中的流体性质的研究对于指导生产实际和改进生产工艺是非常重要的,而人们对受限流体结构和传递性质等行为的了解仍然十分粗浅,这方面的实验数据也非常缺乏,对微孔中流体性质所呈现出的特殊性的认识也才刚刚开始,所以目前开展这方面的研究具有重要的理论意义和应用价值.该工作主要应用分子动力学(MD)方法研究在不同类型的微孔中流体的结构和传递性质等行为,通过对各种体系在各种条件下的模拟研究,分析了多种因素的影响,在获取大量计算机实验数据的基础上建立微孔中流体扩散的数学模型,预测流体在微孔中的扩散行为,为科研和生产服务,这是当前迫切需要解决的课题.该论文的研究内容包括微孔中流体的结构性质和传递性质,其中传递性质包括扩散系数和粘度.我们以计算机分子模拟为主要研究手段,试图探求微孔中流体结构和传递性质的内在规律,通过研究获得了定性和定量的初步结果,并通过对大量模拟数据的综合分析,提出了扩散系数的关联模型.1.从流体的温度—密度相图出发,以简单流体氩和水为对象,分别研究了通道型和狭缝型两种类型的微孔中流体的密度分布.2.通过模拟研究了不同类型的微孔中流体的扩散系数随孔径、温度和密度的变化规律.研究发现在微孔中由于限制性孔道壁的存在严重影响了微孔中流体的扩散行为,使其分子运动受阻,扩散运动表现为明显的各向异性.3.通过对微孔中流体粘度的考察和分析,发现微孔内流体的传递性质不同于体相流体,而传递性质在扩散和粘度两方面的表现也各不相同.4.以分子动力学理论中速率过程的统计理论为基础,以碰撞频率为核心,提出了微孔中流体的扩散模型.该论文达到了预期的研究目标,并为进一步的混合物体系、复杂的微孔体系和其它性质以及理论模型的研究奠定了基础.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2微孔

1.2.1微孔对流体物理性质的影响

1.2.2微孔对流体热力学性质的影响

1.2.3微孔对流体传递性质的影响

1.2.4微孔的理论研究方法

1.2.5国内外微孔研究的进展

1.3本章小结

参考文献

符号列表

第二章分子动力学模拟方法

2.1引言

2.2基本原理

2.3运动方程求解

2.4分子间相互作用势

2.5边界条件

2.5.1周期性边界条件

2.5.2非周期性边界条件

2.6统计系综

2.6.1微正则系综

2.6.2正则系综

2.6.3等温等压系综

2.6.4等压等焓系综

2.7定常温度分子动力学模拟

2.8定常压力分子动力学模拟

2.9分子动力学模拟的启动

2.10本章小结

参考文献

符号列表

第三章微孔中流体结构性质的分子动力学模拟研究

3.1前言

3.2微孔模型

3.3模拟细节

3.3.1模拟方法

3.3.2物理量的计算

3.4微孔中流体的密度分布

3.4.1孔径对密度分布的影响

3.4.2温度对密度分布的影响

3.4.3数密度对密度分布的影响

3.5微孔中流体的径向分布函数

3.5.1流体氩的径向分布函数

3.5.2流体水的径向分布函数

3.6本章小结

本章部分内容发表在：

参考文献

第四章微孔中流体扩散性质的分子动力学模拟研究

4.1前言

4.2流体的扩散性质

4.2.1扩散流

4.2.2扩散系数

4.3模拟细节

4.4与体相流体的比较

4.5微孔中流体的扩散性质

4.5.1孔径对扩散系数的影响

4.5.2温度对扩散系数的影响

4.5.3密度对扩散系数的影响

4.6本章小结

本章部分内容发表在：

参考文献

符号列表

第五章微孔中流体剪切粘度的分子动力学模拟研究

5.1前言

5.2流体的粘度性质

5.2.1流体的粘滞性

5.2.2流体的剪切粘度

5.3模拟细节

5.4微孔中流体的剪切粘度

5.4.1孔径对剪切粘度的影响

5.4.2温度对剪切粘度的影响

5.4.3密度对剪切粘度的影响

5.5本章小结

本章部分内容发表在：

参考文献

符号列表

第六章微孔中流体扩散性质的理论研究

6.1前言

6.2扩散性质的有关理论与方法

6.2.1动力学理论

6.2.2活化跃迁理论

6.2.3自由体积理论

6.2.4流体力学理论

6.2.5半理论半经验模型

6.2.6 Lamm-Dullien方法

6.2.7分子动力学方法

6.2.8集团贡献法

6.3微孔中的扩散系数模型

6.3.1建立模型的思路

6.3.2分子的碰撞频率

6.3.3模型的建立

6.3.4模型的验证

6.4本章小结

参考文献

本章符号列表

第七章结论与展望

攻读博士学位期间发表论文情况

致谢