石墨烯-碳纳米管复合结构热导率的非平衡分子动力学模拟

为制备高性能的热界面材料,采用非平衡分子动力学方法计算了三维石墨烯–碳纳米管复合结构的热学特性,研究了复合结构的尺寸及系统温度对于整体结构热导率的影响。研究表明,复合结构z方向长度的增加和温度的升高都能使复合结构的热导率在一定程度上增加并逐渐达到一个饱和值。为进一步探究整体及局部结构中声子能量传递的情况,计算了复合整体和连接处界面两侧的声子振动态密度,结果表明,碳纳米管与石墨烯界面处形变是阻碍复合结构热导率提高的主要因素。

基于非平衡分子动力学的纳米流体导热系数的研究

纳米流体以其较高的热导率成为近些年来研究的热点。以Cu-R245fa纳米有机工质的导热系数为研究对象,采用非平衡分子动力学方法,选择适用于R245fa有机工质的势能函数,计算纳米有机工质的导热系数,绘制纳米有机工质的径向分布函数、分子运动轨迹及能量曲线。结果表明:在工质中分别加入0.22%、0.55%、0.82%和1.0%的Cu纳米颗粒后,热导率分别增加了1.84%、5.02%、8.28%和11.43%,增强效应明显,利用径向分布函数证实了纳米颗粒表面存在吸附层,厚度约为0.37 nm;此外,在Cu纳米颗粒周围聚集着大量的R245fa分子,加剧了分子间的相互碰撞,为进一步研究纳米流体的传热效率提供了依据。

液态Co物性的平衡及非平衡分子动力学模拟(英文)

本文采用EAM作用势,通过平衡分子动力学(EMD)模拟的方法计算了Co熔体的自扩散系数、剪切粘度等物理性质.同时采用非平衡分子动力学(NEMD)方法计算了Co的剪切粘度.研究表明有关传输性质的计算是可与实验比较的,能够反映出液态Co典型的动力学特性.

热导率的平衡分子动力学模拟中的热流计算

在热导率的平衡分子动力学模拟中,针对Lennard-Joness势、Stillinger-Weber势和Tersoff势三种势能模型,给出一个形式简洁的统一热流计算式.通过与文献中的式子进行对比,发现提出的热流计算式与文献中的一些计算式是等价的,而有些式子存在错误.此外,针对热流计算中的势能分配问题,分析均分法和独享法两种势能分配方法对计算结果的影响.结果表明:两体势的分配最大可导致计算的热导率10%的变化,而三体势的分配方式对热导率计算结果的影响可以忽略.独享法得到的热流自相关函数波动大、收敛慢、数值噪声较大,导致热导率计算结果精度的降低,而均分法不存在这些问题.

环硅氧烷阳离子型乳液聚合平衡分子质量的研究

以八甲基环四硅氧烷(D4)为单体,十二烷基二甲基苄基溴化铵(DBDA)为阳离子乳化剂,烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)为非离子乳化剂,KOH为催化剂,3-(2-氨乙基)-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(602)为极性单体,进行环硅氧烷阳离子型乳液聚合平衡分子质量的研究.研究认为,除了温度及反应副产物含量对反应平衡有影响外,乳胶粒界面催化剂(十二烷基二甲基苄基氢氧化铵BDAH)吸附密度也是影响平衡分子质量的重要因素.试验数据表明:DBDA用量、KOH用量及搅拌速度增加,平衡分子质量增大;温度、非离子乳化剂用量及极性单体用量增加,平衡分子质量下降;单体含量的影响则可忽略.

直至核幔边界的Mg_2SiO_4成分熔体剪切粘滞度的平衡分子动力学研究

熔体的粘滞度极大地影响熔体的各种动力学行为。虽然有一些有关酸碱性熔体粘滞度的数据，但涉及地球更深部过程的基性和超基性熔体的粘滞度的数据很少。本项研究利用平衡分子动力学方法研究Ｍｇ２ＳｉＯ４成分熔体温度从２１６９Ｋ到５５９５Ｋ，压力从１０５Ｐａ到１３５ＧＰａ的粘滞度，所获得的粘滞度数据介于Ｕｒｂａｉｎｅｔａｌ．（１９８２）和ＩｖａｎｏｖａｎｄＳｔｅｎｇｅｌｍｅｙｅｒ（１９８２）的实验数据之间，比Ｓｈａｗ（１９７２）和Ｐｅｒｓｉｋｏｖ（１９９０）的经验方程高大约高０．６个对数单位。研究结果表明该熔体的粘滞度随温度的变化比酸碱性岩浆要小得多，在大约１０５Ｐａ条件下随温度有如下关系式：ｌｏｇη（Ｐａｓ×１０－１）＝４．２１５×１０３Ｔ（Ｋ）－２．６９９Ｍｇ２ＳｉＯ４熔体粘滞度随压力的增加而线性增加。这与前人关于聚合程度低的液体的行为一致。在５５００Ｋ左右，从１０５Ｐａ到１３５ＧＰａ，它的粘滞度大约变化一个数量级。这与酸碱性熔体相比也是较小的。本项研究获得的粘滞度与压力的关系如下：η（Ｐａｓ×１０－１）＝７．２６７×１０－５Ｐ（ＧＰａ×１０－１）＋４．１５８×１０－３总之，Ｍｇ２ＳｉＯ４熔体粘滞度的温度和压力效应均大?

非平衡分子动力学模拟晶体薄膜热导率

利用非平衡分子动力学(NEMD)模拟方法计算了氩晶体薄膜的热导率.当薄膜厚度达到微纳米量级时,热传导过程产生非Fourier效应,计算热导率的Fourier公式已不再适用,故采用松弛时间近似的Catta-neo方程求解热导率.计算结果表明,当薄膜尺寸达到微纳米量级时,热导率是温度的非线性函数.

氩基纳米流体传递特性的平衡分子动力学模拟

采用平衡分子动力学方法,研究了纳米颗粒的体积百分数、直径、数量及能量因子,对氩基纳米流体的热导率和黏度的影响。模拟结果表明,纳米流体的热导率及黏度随着纳米颗粒体积百分数的增加而增大;纳米颗粒的直径越小,纳米流体的热导率越高,而黏度基本不变;纳米流体的热导率及黏度随着纳米颗粒数量的增加而增大;纳米流体的热导率随着纳米颗粒能量因子的增加而增大,而黏度基本不变。

纳米狭缝中水流动非平衡分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学模拟(non-equilibrium molecular dynamics simulation)方法研究了不同间距纳米狭缝之间水的流动行为。研究了纳米狭缝间距、壁面性质和外部压力对水流动速度径向分布、有效黏度、壁面速度和滑移长度的影响,讨论了Navier-Stoke(N-S)方程的适用性。研究结果表明,N-S方程仅适用于3 nm以上的孔道;狭缝尺寸的增加和施加压力的增加均会使得管内流速增加,而造成表观黏度降低以及滑移长度增加。壁面亲水性的增加仅使得滑移长度降低,表观黏度并没有发生较大变化。

非平衡分子动力学法模拟计算SiC材料的热导率

为了探究更高效的碳化硅(SiC)材料热导率的模拟方法,应用逆非平衡分子动力学(rNEMD)法及传统非平衡分子动力学(NEMD)法对β晶型SiC(β-SiC)材料的热导率进行模拟计算和对比; 2种方法的模拟过程均先建立横截面尺度小而轴向尺度大的棒状模型,采用周期性边界条件、应用修正嵌入原子法(MEAM)势函数,先后进行正则系综(NVT)的弛豫和微正则系综(NVE)内的动态沿轴向生成温度梯度的过程,分别利用傅里叶定律模拟计算得到SiC材料的热导率。结果表明:2种方法的计算结果均出现热导率随生成温度梯度的材料轴向尺度增加而增大的有限尺度效应,应用倒数拟合的外推法可以计算模拟体系沿轴向为无穷大时的宏观体相β-SiC材料的热导率; r NEMD法具有较高的计算效率,更适合热导率的模拟计算。

高温高压下水的剪切粘滞度的平衡分子动力学计算

本项工作用ＴＩＰ４Ｐ模型对水分子进行了平衡分子动力学模拟。根据Ｇｒｅｅｎ－Ｋｕｂｏ理论，计算了温度从６５２Ｋ到８１４Ｋ，密度从０．５３６０ｇ／ｃｍ３到０．８６３８ｇ／ｃｍ３六个不同温度和密度水的剪切粘滞度，并和实验值进行了对比。在所计算的温度和密度范围，平衡分子动力学计算结果与实验值的平均绝对值差别为１５％，好于使用非平衡分子动力学方法获得的粘滞度值。平衡分子动力学的方法将是获得地学中高温高压下流体输运性质的重要途径。

融雪剂对沥青分子平衡稳定性和黏附性影响的动力学模拟

为研究融雪剂溶液对沥青分子结构平衡稳定性和黏附性的影响,采用分子动力学构建各融雪剂溶液在沥青分子内部扩散的模型和沥青-溶液-集料氧化物界面模型,计算得到模拟体系的自由体积分数,以此来表征融雪剂溶液的侵入对沥青分子结构平衡稳定性的影响,并利用相对浓度分布和黏附能表征融雪剂对沥青黏附性的影响。结果表明:分子动力学模拟建立的12种四组分沥青分子模型温度和能量符合平衡条件;融雪剂溶液会降低沥青分子结构的平衡稳定性。采用在无溶液和有溶液状态下黏附能的比值ER来表征融雪剂对沥青-集料黏附性的影响,其中NaCl影响最为显著,其次为各醋酸盐,NaNO_(2)的影响较弱。融雪剂溶液的侵入会削弱集料表面沥青质和胶质的高浓度分布,使饱和酚更易聚集在集料表面较远端,对集料表面芳香酚分布的影响则较小。

非平衡分子动力学在炭膜气体分离CH_4/CO_2中的模拟研究

通过建立单孔狭缝模型,采用非平衡分子动力学方法研究CH_4/CO_2二元气体混合物通过管状炭膜的传递和分离特性,考察了系统温度、气体组成和膜孔径对通量的影响。模拟过程中将膜低势,区压力取为更符合实际情况的非零值(大于零)。研究结果表明,在温度为20℃～160℃范围内,随温度升高,CH_4的通量增加,CO_2的通量则先降低后升高(80℃出现最低值);随混合气中CH_4组成的增加,CO_2通量下降、CH_4通量升高;随膜孔径增大,CH_4通量先增后减(9.77 (?)时出现最大值)、CO_2通量则呈下降趋势。以上模拟结果与实验数据相比较,吻合良好。在此基础上,本文还考察了跨膜压差对过程的影响,发现CH_4和CO_2的通量均随跨膜压差的增大而增大,膜的分离性能则随之降低。本研究结果充分表明,所建模型能够正确地描述CH_4/CO_2气体混合物的炭膜分离过程。

纳米氩颗粒导热性能的非平衡分子动力学模拟

为了研究尺寸变化对纳米颗粒导热的影响，采用非平衡分子动力学模拟方法研究了固定原子壁面边界条件下，平均温度在45K、边长为3．186～12．744nm的立方形和半径为4．248～10．62nm的球形2种纳米Ar颗粒的热导率，并与其他研究者的结果及薄膜的模拟值进行了对比。模拟结果表明，在固壁边界条件下，2种颗粒的热导率均随着尺寸的增加而趋向块体值，但均小于相同厚度、相同边界条件的Ar薄膜的热导率；球形颗粒的热导率小于边长与其半径相等的立方形颗粒的热导率。

水中自然超空泡机理及减阻效应的非平衡分子动力学研究

应用非平衡分子动力学方法,对水中超空泡流形成机理及减阻效应进行了模拟研究.计算得到了流体密度分布、局部空化数分布、阻力系数及含气百分比等流场细节数据,结果显示空化数判据在分子层面仍然成立,局部低空化数区域与超空泡形成区域在空间上分离;超空泡形成和稳定主要受物体运动速度影响;空化器构型对空泡内含气率有较大影响;从云雾空化状态过渡到超空泡,物体表面摩擦力可以减小50%—90%.与数值模拟结果的对比表明非平衡分子动力学模拟适用于研究微观超空泡机理,能够经济有效地探讨超高速流体运动的一些自然规律.

Ni／Al层合结构热传导性能的非平衡分子动力学研究

采用非平衡分子动力学方法研究了[111]方向的Ni/Al层合结构的热传导性能.首先模拟了温度为300 K下[111]方向Ni/Al层合结构的热传导,通过分析界面处的声子态密度,发现交换热冷浴位置之后,层合结构的热参数基本没有变化,说明热冷浴的位置对结果影响不大.其次讨论了300 K下单层的Ni/Al层合结构的尺寸效应,计算结果表明随着系统尺寸的增大,界面热阻值逐渐减小并趋于平缓,并分别讨论了Ni和Al的热导率的尺寸效应;采用外推法计算了无限大系统下Ni和Al的声子热导率以及声子平均自由程,结合Wiedeman-Franz定律计算了Al和Ni的电子热导率,得到了Al和Ni的总热导率,并与实验值进行比较,结果与实验值在同一量级.然后讨论了传导方向为[001]和[110]时层合结构的界面热传导性,并和[111]方向的结果对比,发现界面热阻具有明显的各向异性.最后讨论了双周期层的Ni/Al层合结构的热传导性能,结果表明最靠近热浴的界面温度跳跃值最大,对应的界面热阻值最大,即对层合结构的热传导性能影响最大;与相同长度的单周期层结构对比,发现双周期层结构的热导率明显要小,因此可以通过增加材料的层数来提高隔热效果.

非平衡分子动力学模拟在炭膜气体分离中的研究进展

叙述了近年来非平衡分子动力学在炭膜气体分离中的研究进展,包括分子模拟方法的选取及非平衡分子动力学模拟的几个主要步骤;综述了气体混合物通过炭膜时传递和分离性能的影响因素(如孔结构及孔径大小、操作压力、温度、组分组成等);并对炭膜研究现状作了简要的概述,提出目前分子模拟在炭膜研究中所存在的问题,一方面是模型建立问题．另一方面是研究膜传递和分离机理性能所考察的影响因素还不够完善,加强对膜传递分离机理的研究,对膜的设计、制备及应用都有重要的指导意义。

基于平衡态分子动力学模拟研究单轴应变对锗热导率的影响

采用平衡态分子动力学方法研究了立方锗的热导率.介绍了平衡态与非平衡态方法的区别.应用Tersoff势描述锗原子之间的相互作用,通过大量的模拟计算得到较为精确的锗的热导率.此外,重点研究了单轴的拉伸和压缩应变对锗热导率的影响.结果表明,在应变方向或垂直应变方向热导率都会随着应变的增大而降低.比较拉伸和压缩应变热导率的变化趋势,间接验证了在平衡后体系单轴施加压强相当于在垂直压强的两个方向施加反向压强.

苯、甲苯和对二甲苯在分子筛NaX和CaX上的吸附平衡及动力学研究

研究并比较了分子筛 Na X和 Ca X对正庚烷中低浓度苯、甲苯和对二甲苯的吸附平衡。用 L angmuir方程可以较好地拟合等温线 ,由单组分吸附平衡得到的参数可以很好地预测多组分吸附平衡。进行了吸附动力学的研究 ,测定了流出曲线 ,回归出柱内传质系数 ,用因次分析法建立了估算传质系数的经验方程 ,并回归出方程中的系数。

瓦斯分子压强平衡方程的建立及应用

在范氏气态方程和理想气态方程的基础上,建立了瓦斯分子压强平衡方程,然后,通过方程的应用,对理想气态方程计算的瓦期压强P理比范氏气态方程计算的瓦斯压强P范,在什么情况下偏低,在什么情况下偏高。在什么情况下相等,这3种情况作出了明确的判定,并通过实际计算,验证了判定的准确性。