基于格子Boltzmann方法的自由能密度模型

基于格子Boltzmann方法的多相流模型具有相界面自动演化、无需边界积分等优势,在模拟复杂多相流系统中获得广泛的研究和应用。本文引入自由能密度计算分子间的相互作用力,提出一种满足热力学一致性和伽利略不变性的多相流模型。使用该模型预测气液两相共存密度的结果与理论值吻合得很好,误差值为-0.01~0.01,并且在低温度下优于改进的伪势模型。同时该模型也可以模拟较大密度比的气液系统,液相与气相的密度比可达10^(7)以上。通过两相分离和液滴撞击液膜等一系列数值模拟,验证了该模型符合伽利略不变性。该模型物理清晰、易于实施,能够结合不同状态方程模拟多相流系统,具有较好的实用性和应用前景。

氟硅酸制氢氟酸吉布斯自由能的探讨

对氟硅酸制氢氟酸涉及的反应的吉布斯自由能的计算以及对反应的影响进行了讨论。运用开源程序Octave的符号运算求解了氟化氢铵分别与氟化钠和氟化钾反应的平衡体系。结果表明,氟硅酸氨解过程是自发的,氟化铵分解反应是非自发的,氟化氢铵与氟化钠或氟化钾的反应是平衡反应,氟化氢钠或氟化氢钾的分解反应是非自发的。对于平衡反应体系,氟化氢铵与氟化盐的物质的量比在1∶0.9~1∶1.1时,反应产物的含量最大,此时反应的转化率约为50%,产物的质量分数约为60%。

基于吉布斯自由能最小化法煤气化反应器模型开发及应用

本研究开发的煤气化专有模块集成了煤气化的热解过程与气化过程模型。根据热解模型计算得到煤热解后的组成,基于吉布斯自由能最小化的原理构建平衡模型,采用Rand法将有平衡约束的最优化问题转换为无约束的最优化问题,简化煤气化过程模型的求解方法,得到煤气化反应产物的组成,并以煤气化工业数据为例,检验开发的煤气化模型的准确性。基于开发的煤气化反应器模型,考察了煤浆浓度和氧煤比对气化产品组成的影响。结果表明,当煤浆体积分数为52.5%~65.5%时,有效气体体积分数由71.6%增加至81.2%;当氧煤比由491增大到560时,有效气体体积分数增大至最大值77.75%后又逐渐减小。有效气体体积分数随着煤浆浓度增大而增大,随着氧煤比浓度增大呈先增大后减小趋势。开发的煤气化专有模块对煤气化过程的模拟结果准确可靠,具有重要的实用价值。

分子体系自由能地貌图的变分分析及AI算法实现

精确描述复杂分子体系的自由能地貌图是理解和操控其行为,并进一步实现分子设计制造工业化的重要基础.刻画高维空间自由能地貌图的主要挑战是其往往在不同时空间尺度上具有多个层次,每个层次都可能有不止一个亚稳态被相应的自由能垒分开,且跨越路径有可能不止一条.另外很多体系涉及非线性行为,这使得理论解析和直接使用分子模拟都有很大困难.针对这些挑战,多年来研究者们发展了多种多样的增强采样方法,但往往需要很多经验选择和操作,从而一方面使得研究进程较为缓慢,另一方面也让误差控制成为困难.变分虽然在物理、统计和工程中已经被广泛应用并取得巨大成功,但在复杂分子体系中的应用却随着神经网络的发展刚刚开始.本文将对这些探索性工作的主要方向、进展和局限进行简要总结,也对将来的可能发展给出展望,希望能够激发更多对基于变分的分子体系自由能地貌图人工智能算法的关注和努力,促进大分子药物、分子生物机器等实践应用的发展.

推导亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能判据的新方法

用熵判据判别变化的方向和限度时，系统必须是隔离的，否则，还应考虑环境的熵变，这是极不方便的。利用亥姆霍兹自由能或吉布斯自由能判据，就无需再考虑环境了。本文采用的推导方法可清楚地看到它们的确与环境是无关的。

标准态下自由能变化△G°的意义——谈谈应用△G°作方向和限度判据时应注意的问题

无机化学教学中,应用热力学讨论有关问题,在我国还只是近几年才开始。热力学的引入,对我们讨论有关问题,如化学反应的方向和限度问题,化合物的热力学稳定性问题等,无疑带来了很大的方便,因而颇受欢迎。但是出于无机化学本身的教学要求和限制,不可能对引入的热力学问题进行详细,透彻地介绍、推导和论证,因而,在有些问题上,学生在理解和应用时,就会出现不少毛病。比如,在判断化学反应的方向和限度时。

辣椒叶片表观表面自由能的计算方法

【目的】农用化学品叶面喷雾的效率与植物叶面理化性能的复杂性密切相关。为了更好地理解农用化学品喷雾液与植物叶面内在结构的界面互作效应,本研究以辣椒叶片为例从热力学角度出发寻求其内在的关联性,以期为植株上农药的高效使用提供依据。【方法】以水(W)、丙三醇(G)和二碘甲烷(DM)为检测液,借助接触角测量仪测定其在3种辣椒叶片上的稳定接触角后,分别采用Wu调和平均数法(HM)、Owens-Wendt-Rabel-Kaelble法(OWRK)、Van-Oss-Chaudhury-Good法(OCG)以及ZDY法计算叶片的表面自由能及其分量并进行比较,同时对辣椒叶面的溶解度系数进行分析。【结果】水在苏紫1号和GR甜椒叶片上表现出较好的润湿性(θ<90°),而在苏椒13叶片上的润湿性一般(θ>90°)。在估测辣椒叶片表面表观自由能的4种方法中,OCG法采用3种检测液进行分析,较其他方法获得的辣椒叶面特征物理量较多,3种辣椒叶片表观表面自由能的非极性分量所占百分率(>85%)均高于极性分量(<15%)。采用2种检测液的方法为HM法和OWRK法,当2种检测液均为极性(W-G)时,辣椒叶片表观表面自由能的非极性分量和极性分量所占百分率变化较大,甚至相反;当2种检测液为极性和非极性组合(W-DM或G-DM)时,以OCG法计算获得辣椒叶面表观表面自由能的数值为基准,OWRK法计算获得的数值比HM法获得的数值偏差要小。采用1种检测液的方法为ZDY法,计算获得辣椒叶面表观表面自由能的数值远高于其他3种方法,比OCG法获得辣椒叶面表观表面自由能的数值偏差均>100%。以OCG法为基准,偏差在10%以内,苏紫1号辣椒叶面表观表面自由能为37.72—43.11 m J·m^(-2),溶解度系数为18.89—22.77 m J1/2·m-3/2;GR甜椒叶面表观表面自由能为37.53—40.95 m J·m^(-2),溶解度系数为18.81—20.09 m J1/2·m-3/2;苏椒13号辣椒叶面表观表面自由能为33.21—36.92 m J·m^(-2),溶解度系数为17.17—18.58 m J1/2·m-3/2。【结论】以水、丙三醇和二碘甲烷为检测液,ZDY法不适用计算辣椒叶片表观表面自由能;HM法、OWRK法、OCG法可用来计算辣椒叶片表观表面自由能,其中HM法和OWRK法应注重选择检测液组合的极性问题。同时,3种辣椒叶面表面自由能的非极性分量的比率均高于极性分量的比率。

低自由能固体表面的制备及其应用

低自由能表面具有一些独特的性能 ,在工业和日常生活中具有广泛的应用。本文就低自由能表面的制备及其发展概况进行综述 ,共引用文献

自由能微扰法研究系列烷基芳基磺酸盐的胶束化焓-熵补偿现象

为了研究不同结构的表面活性剂分子在水溶液中的胶束化焓-熵补偿现象,采用自由能微扰(FEP)法计算了系列烷基芳基磺酸盐的溶剂化自由能,并根据胶团化过程的质量作用模型讨论了相关热力学性质.结果表明:自由能微扰法得到的溶剂化自由能大小与用传统热力学表面张力法测定的吉布斯自由能相近,能够用于比较不同结构的烷基芳基磺酸盐间胶束化能力;烷基芳基磺酸盐在水溶液中的胶束化过程是自发进行的,且存在焓-熵补偿现象,补偿温度范围均在(302±2)K;随着分子结构中芳环向长烷基链中间位置移动,胶束化能力和胶束的稳定性均下降;而随着芳环上短烷基链或长烷基链碳数的增加,形成胶束的能力与稳定性均提高.

Hydroxamate类抑制剂与MMP—3的结合自由能的计算

用自由能微扰方法(FEP)计算了两种hydroxamate类的抑制剂和MMP-3的相对结合自由能.在计算中,对于催化区的锌离子与其共价结合的配体(包括抑制剂和组氨酸)采用了键合的模型,抑制剂和周围配体的部分电荷的计算采用两步静电势收敛方法.自由能计算采用了慢增长(Slow growth)和固定窗口增长(Fixed width window growth)两种方法,并且在每次计算中都采用了双向采样(Double-wide sampling)的策略.两种方法计算得到的相对结合自由能都能和实验值很好的符合.同时从动力学模拟的得到的分子轨迹得到了抑制剂和受体之间相互作用模式,抑制剂的P1部分可以和受体的S1′口袋形成很强的范德华和疏水相互作用,P1上的苯环可以和Tyr223上的苯环形成较好的π键堆积相互作用.

新型二氟甲基磷酸类酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B抑制剂的分子动力学模拟和结合自由能计算(英文)

通过分子对接建立了一系列含二氟甲基磷酸基团(DFMP)或二氟甲基硫酸基团(DFMS)的抑制剂与酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B(PTP1B)的相互作用模式,并通过1ns的分子动力学模拟和molecular mechanics/generalized Born surface area(MM/GBSA)方法计算了其结合自由能.计算获得的结合自由能排序和抑制剂与靶酶间结合能力排序一致;通过基于主方程的自由能计算方法,获得了抑制剂与靶酶残基间相互作用的信息,这些信息显示DFMP/DFMS基团的负电荷中心与PTP1B的221位精氨酸正电荷中心之间的静电相互作用强弱决定了此类抑制剂的活性,进一步的分析还显示位于DFMP/DFMS基团中的氟原子或其他具有适当原子半径的氢键供体原子会增进此类抑制剂与PTP1B活性位点的结合能力.

计算高聚物增塑体系混合自由能新方法

To study method for calculating mixing free energy of polymer solutions. A new method for treating experimental data on concentrating dependence of chemical potential was advanced. Various methods for calculating mixing free energy through the Flory Huggins equation were compared. Relations on concentration dependence of chemical potential were gained by various methods. As compared with other known calculating procedures, the new method was shown to provide more precise estimates mixing free energy.

KBPh_4由水到系列水-醇混合溶剂的迁移自由能

The standard transfer Gibbs energies (Δ trG° )of KBPh4 from reference solvent of water to water/ethanol, water/propanol, water/2- propanol,water/ethylene glycol, water/glycerol mixtures in different proportional ratio have been studied. The interactions of KBPh4 with the above mixed solvents were analyzed. The standard transfer Gibbs energy of cavity(Δ trG° cav) and the standard transfer Gibbs energy of interaction(Δ trG° int) from water to water/2- propanol mixtures at 298.15 K were calculated by the Scaled Particle Theory (SPT).

不同抗剥落剂改性沥青表面自由能研究

为探究不同种类的抗剥落剂对沥青的黏附性和水稳定性的影响,主要研究了抗剥落剂对SBS改性沥青黏结剂表面自由能的影响。试验选用了三种抗剥落剂,按不同剂量与SBS改性沥青混合。通过光学接触角分析仪测量改性黏结剂的接触角,基于Good-van-Oss-Chaudhury理论计算了表面自由能分量和总表面自由能。研究结果表明,使用抗剥落剂的SBS改性沥青的表面自由能显著提高,体现良好的抗变形性能和黏附性能。

不可逆过程中自由能减小率的计算

基于非平衡系统的局域平衡假设,对有物质输运的不可逆过程的自由能流密度与局域自由能减小率进行了计算和讨论,为用辅助热力学函数研究不可逆过程进行的速率问题提供有益的参考.

定标粒子理论在离子溶剂化自由能计算中的应用

本文根据定标粒子溶液理论计算了KCl、KBr、NaCl、NaBr、CsCl和CsBr在DMSO、DMF、MeOH、(CH_(3))_(2)CO、MeCN、EtOH和H2O中的溶剂化自由能,涉及的离子-溶剂间静电相互作用能,用“一层连续介质模型”所给出的公式计算,结果与实验符合很好。

吉布斯自由能的多功能性质探讨

在物理化学常用的热力学函数中,吉布斯自由能是一个用途最为广泛、最具有明确意义的热力学函数,它除了在特定条件下可作为过程与方向的判据外,还具有狭义化学势、最大非膨胀功和狭义表面自由能等功能。本文就吉布斯自由能的多功能特性展开讨论,并通过两个实例说明实际体系中ΔG的计算方法及用途,以帮助学生在物理化学学习过程中深入理解吉布斯自由能。

化学反应中吉布斯自由能不同表示方法的区别和联系

吉布斯自由能函数是热力这第二定律在等温等压条件下的一个推论,应用在化学反应平衡中有不同的表示方法(△rG、△rGm、△rG~θfm、((?))_T,D),百且它们的含义和用途也是不同的。然而在一些物理化学教材中却常常将它们混淆,以致使吉布斯自由能的用法发生混乱。本文将主要讨论在化学反应中这几种表示方法的区别和联系。

高分子溶液体系混合自由能计算的新方法

利用一种新的实验数据处理方法 ,计算高分子溶液体系混合自由能 ,并与 Flory- Huggins公式计算高分子溶液混合自由能结果比较 ,得到化学位与浓度的关系 ,比较现有的几种方法与理论计算法间的误差 ,结果表明 ,新方法得到高分子溶液混合自由能的误差最低。

电场作用下Al_6CuMg_4准晶相自由能的计算

基于Thomas-Fermi模型,系统定量地计算研究了在电场作用下Al6CuMg4准晶相对于Al-Cu-Mg固溶体及普通化合物的自由能和吉氏自由能的变化趋势。结果表明:Al6CuMg4准晶相、Al2CuMg及Al-Cu-Mg固溶体的自由能与吉氏自由能,均随着电场强度的增大而升高。正电场作用要高于负电场作用,但差距不大。Al6CuMg4准晶相的自由能与吉氏自由能相对于固溶体对电场的变化更为敏感,随着电场的升高,Al6CuMg4与固溶体间的自由能与吉氏自由能的差值迅速增加。电场作用使得准晶相的不稳定性增加,Al2CuMg的稳定性显著高于Al6CuMg4的电场稳定性。对于Al-Cu-Mg固溶体,随着Mg含量的增加,合金对电场的敏感性增强,但增大幅度要远远小于化合物与准晶相的增大幅度。