用密度泛函理论研究Lennard-Jones流体在狭缝中的相平衡

用改进的基础度量理论(modifiedfundamentalmeasuretheory,MFMT)和密度Taylor展开分别表达过剩自由能中的短程作用和色散作用.流体分子与狭缝壁之间的相互作用以10-4-3势能函数表达.由巨势最小原理确定Lennard-Jones(LJ)流体在狭缝中的密度分布和过剩吸附量,所得结果与分子模拟数据吻合良好.根据平衡时两相温度,化学势及巨势相等,计算了LJ流体在狭缝中的相平衡.

球形空腔中缔合Lennard-Jones流体的平衡结构和界面张力

基于经典密度泛函理论(DFT),研究了处于球形空腔中缔合Lennard-Jones流体的平衡结构和界面张力.分别讨论和分析了温度、缔合强度、缔合点数目以及截断半径对体系的平衡结构和界面张力的影响.结果表明:温度的降低和缔合能的增强导致密度分布振荡的减弱;温度的升高使得缔合点数目对结构的影响变弱;缔合点的增加使得缔合能对界面强力的影响更加显著.

对称性破缺狭缝中Lennard-Jones流体的相平衡

利用密度泛函理论并结合改进的基本度量理论研究了对称性破缺狭缝间Lennard-Jones(L-J)流体的相态结构.首先,根据L-J流体受限于对称性破缺狭缝中的吸附-脱附等温线以及相应的巨势等温线获得不同条件下L-J流体的相图,进一步研究了对称性破缺程度、狭缝间距以及狭缝与流体间相互作用等因素对L-J流体相平衡特征的影响.结果表明,流体层化转变和毛细凝聚的临界温度、临界密度和临界相区域等相态特征与这些因素密切相关.研究结果可为进一步揭示对称性破缺约束条件下L-J流体的相平衡及聚集态结构提供可能的理论依据.

Lennard-Jones流体气液相图的粒子交换分子动力学模拟研究

利用粒子交换分子动力学模拟方法 (Particle exchange molecular dynamics,PEMD)研究了 Lennard-Jones流体的气液相图 .模拟中 ,用两个耦合箱分别代表液相和气相 .通过直接比较两箱的粒子化学势来控制交换粒子 ,从而达到两相平衡 .采用 Widom方法计算化学势 .两模拟箱平衡时具有相同的温度、压强和粒子化学势 .模拟的气液相图结果与利用其它方法得到的 Lennard-Jones流体气液相图符合得很好 .

受限Lennard-Jones流体自扩散系数的分子动力学模拟

基于平衡态分子动力学(EMD)方法,建立了受限空间中的Lennard-Jones(LJ)流体自扩散模型.采用径向分布函数对LJ流体微观结构进行了表征,模拟了LJ流体在纳米尺度受限空间中的自扩散系数,并将其与相应的自由空间内LJ流体自扩散系数进行了比较,同时从分子水平分析了温度、密度和受限尺度对自扩散系数的影响.研究结果表明:受限空间内LJ流体自扩散系数随受限尺度的增大而逐渐增大;与自由空间一样,受限LJ流体自扩散系数也随温度的升高而近似线性增加,随密度的增加而逐渐减小,但始终小于相同温度、密度条件下自由空间所对应值.并且根据文献中的实验数据验证了该模型的准确性.

温度对Lennard-Jones流体凝结过程影响的研究

采用平衡态分子动力学模拟方法,对由氩分子构成的气液界面系统进行了较大温度跨度条件下的模拟和研究.通过统计的方法得到了温度变化对系统的密度、气液界面厚度、气态分子碰撞流率、Lennard-Jones(L-J)势能以及L-J势能力分布的影响规律.结果表明:随着温度的升高,气液界面厚度和气态分子碰撞流率增加,密度和L-J势能分布趋于均匀化,L-J势能力分布随着势阱深度的减小而趋于0;所有物理量在接近临界温度时变化加快.模拟得到不同温度条件下的凝结系数与文献相互吻合.同时,对于凝结系数随温度的升高而减小,并在温度接近临界温度时由于气液界面的消失而失去意义这一规律,通过气液界面厚度与气态分子碰撞流率随温度的增加所产生的综合效果进行了合理的解释.

超临界Lennard-Jones流体结构特性分子动力学研究

研究超临界流体在不同压力和温度的结构特征有助于深刻理解并有效利用超临界流体.本文采用分子动力学方法模拟超临界压力、拟临界温度附近流体的结构及密度波动曲线的排列熵,分析状态参数变化的影响.结果表明,定压下,径向分布函数随温度升高,第一峰值位置逐渐向右移动,但右移幅度随着压力偏离临界点距离的增大而减弱,近临界压力时,出现峰值最高点的工况和等温压缩系数的极值点位置一致,压力增大,该现象消失.低压力拟临界点时易出现面积大、相对集中且分布稳定的高/低密度区,无明显嵌套现象.静态结构因子存在一定发散行为,发散的最大值和等温压缩系数极值点所处工况符合.低压力时密度时间序列的波动幅度最大,类周期现象较明显.在分子间势能、等温压缩系数和热运动效应的共同作用下,当压力(P)为1.1倍的临界压力(Pc)时,排列熵在0.99倍的拟临界温度(Tpc)达到最小值,P = 1.3Pc和1.5Pc时,最小排列熵与等温压缩系数的最大值工况点保持一致,压力继续增大,各模拟工况密度和排列熵的波动减弱,流体均匀性增强.

Lennard-Jones流体固液相变的分子动力学模拟

采用等温等容分子动力学模拟方法，研究了ＬｅｎｎａｒｄＪｏｎｅｓ流体从固相到液相体系结构和性质的变化。均方位移，径向分布函数，平动序参数等结构和性质的模拟表明体系经历了固液相变。在对比密度为０．８４，０．８６，０．８８和０．９时，体系熔点分别为０．６６～０．６７，０．７１～０．７２，０．８２～０．８３和０．９０～０．９１。

Monte Carlo法模拟球形-线性Lennard-Jones流体混合物

本文用Monte Carlo方法对球形-线性Lennard-Jones流体混合物进行了计算机模拟。推导出含有该类线性分子的体系能量、压力和化学位的长程校正公式,并用于NPT系综模拟,研究了组成对体系物性的影响,为进一步模拟链状分子及聚合物体系打下基础。

Lennard-Jones简单流体的自扩散系数与密度的依赖性研究

基于平衡分子动力学模拟(EMD)的方法计算了Lennard-Jones(LJ)流体的自扩散系数。结合维里定理和能量均分定理分析了体系温度和密度对扩散的影响,并通过分子动力学模拟进行了验证。研究结果表明:原子的有效直径随温度的升高而减小,进而使自扩散系数与温度的2/3次方成正比;在中等温度部分,扩散系数大体上随密度的升高而减小。本文给出了流体自扩散系数与密度依赖关系的具体函数形式,这一函数在约化温度高于1.33,约化分子数密度为0.1194~1.1942的范围内可准确描述LJ流体的自扩散行为;如果约化密度大于1.298,原子扩散行为停止,LJ流体发生玻璃化改变。

量子动力学框架在Lennard-Jones团簇结构优化中的应用

Lennad-Jones团簇结构优化是在物理化学和材料科学领域经常遇到的优化问题,由于原子之间的相互作用具有高度的复杂性,因此常用来检验算法性能。量子动力学是一种具有完整数学框架且非常有效的理论模型,量子动力学框架(QDF)已经被证明在复杂问题中具有很强的竞争力。在不引入任何先验知识的基础下,使用QDF在Lennard-Jones团簇结构优化问题中进行求解,探讨QDF在具有高度复杂的解空间的团簇问题中的性能。将QDF与差分进化算法、骨架烟花算法进行对比,比较最低能量、能量分布和时间精度等。实验结果表明,在Lennard-Jones团簇结构优化问题中,可接受时间内QDF取得优于其他两种算法的最低能量。QDF是一种具有潜力的解决框架。

Lennard-Jones流体中胶体粒子间耗尽势的密度泛函理论研究

基于Roth,Evans和Dietrich有关耗尽势的密度泛函理论研究了Lennard-Jones(L-J)流体中胶体粒子间的耗尽势.通过计算胶体稀溶液中两个胶体粒子在不同条件下的耗尽势,进一步分析了L-J流体的相关因素对耗尽势的影响.结果表明,L-J流体分子的体积分数、胶体粒子与溶剂分子的尺寸比率、L-J流体分子间的相互作用以及胶体粒子与流体分子之间的弱相互作用等因素均可对胶体粒子间耗尽势产生显著影响.研究结果可为实验上调控胶体粒子间的相互作用提供可能的线索.

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.

Lennard-Jones流体汽液界面的分子动力学研究

为深入认识汽液界面现象 ,解释汽液界面的独特性质 ,采用分子动力学模拟方法从分子水平上研究了 L ennard-Jones流体汽液界面。模拟结果表明 ,汽液界面实际上是一个随时间涨落的起伏不平的曲面 ;汽液过渡区就是该曲面的涨落区域 ;汽液相变是一个突变的过程 ;汽液界面体系内密度、压力张量及温度等热力学量连续变化只是统计的结果。并在此认识基础上 ,从汽液分子相互转化的微观行为解释了汽液界面的温度分布中的尖峰和低谷出现的原因。在分子的汽液相变过程中 ,从液相向气相的转化发生在汽液界面的波峰处的几率最大 。

胶东盘子涧金矿床成矿流体特征--来自包裹体、H-O同位素证据

盘子涧金矿床地处华北板块胶辽隆起区,栖霞—蓬莱金成矿带上。金矿的形成主要与区内控矿断裂——盘子涧断裂和中生代岩浆岩有关。为研究该矿床成矿流体性质及演化,并控讨矿床成因,对该矿床不同阶段的包裹体进行岩相学、显微测温、包裹体激光拉曼及H—O同位素分析研究。盘子涧金矿床成矿热液期可划分为4个成矿阶段,从早到晚分别是黄铁矿—石英阶段(Ⅰ阶段)、石英—黄铁矿(绢云母)阶段(Ⅱ阶段)、金—石英—多金属硫化物阶段(Ⅲ阶段)和石英—碳酸盐阶段(Ⅳ阶段)。其中Ⅱ、III阶段为主成矿阶段。不同成矿阶段的流体包裹体有3种类型,分别是富液气液两相盐水包裹体、含CO_(2)三相包裹体和纯液相包裹体。显微测温结果显示,成矿流体的完全均一温度介于142~348℃,主要集中于200~300℃,盐度介于4.44%~10.98%NaCl_(eqv)。石英的δD_(V-SMOW)值为-74.6‰~-68.5‰,δ^(18)O_(V-SMOW)值为+11.65‰~+13.92‰。显示成矿流体为中低温、低盐度的CO_(2)—H_(2)O—NaCl体系,来源于地幔,以岩浆热液为主,并伴有部分大气降水加入。矿床成因类型属石英脉型金矿。

稠油开采中多元热复合流体相态的研究进展

稠油的储量远超常规石油的储量,但因稠油黏度大和密度大的特点而难以开采,高效经济开发稠油已成为石油领域的研究重点。热复合开采技术是目前高效开发稠油油藏的关键技术,其中多元热复合流体的相态特征是稠油油藏开采流程设计与评价的关键。为此,从热复合开采技术中的混合气体系和稠油-气体系2个方面,系统地阐述了多元热复合流体相态的实验和理论研究现状。对于混合气体系相态,多采用静态法进行实验测试,使用状态方程结合混合规则进行理论预测,CO_(2),N_(2),H_(2)O和CH_(4)等常见气体分子组成的二元体系的相态测试趋于成熟,但缺少多元体系的测试数据与预测模型;对于稠油-气体系相态,总结了一般性实验流程与近年实验结果,提出一种加速油气相平衡的新型实验装置构想,指出目前理论预测在气体种类、注气量、气体扩散模型、二元相互作用系数等方面的不足。进而对多元热复合流体相态研究提出展望,以期促进热复合开采技术进一步的机理研究与参数优化。

海上稠油油田多元热流体吞吐增产机理研究与实践

多元热流体为蒸汽、氮气、二氧化碳的高温高压混合气体,具有降低稠油黏度、提高地层压力、改善油藏剖面、提高稠油油藏开发效果等作用。多元热流体吞吐技术在海上稠油高效开发中应用广泛,随吞吐轮次增加,对多元热流体吞吐机理缺乏认知,开采效果降低。为有效提升稠油油田的开采效果,采用油藏模拟分析和多元热流体吞吐及驱替室内试验方法,探究了不同多元热流体组分对增产的贡献,进一步明晰多元热流体吞吐增产机理,为多元热流体热采方案优化设计和吞吐后开发调整提供理论指导和有效措施。试验结果表明:海上油田通过多元热流体热采示范应用,油田日产油由热采前218m^(3)·d^(-1)升至最高641m^(3)·d^(-1),增幅195%,热采效果明显。

松辽盆地海力锦铀矿床黄铁矿微量元素、硫同位素特征及其对成矿流体性质的指示

海力锦铀矿床控矿灰色砂岩垂向上具有“两红夹一灰”特征,铀矿体呈多层板状,与传统的层间氧化带砂岩型铀矿明显不同。文章通过对赋矿灰色砂岩中黄铁矿微区微量元素和硫同位素特征研究,反演海力锦铀矿床成矿流体性质及来源,主要获得了以下几点认识:(1)海力锦铀矿床含矿层黄铁矿赋存形式包括胶状、草莓状,铀矿物常与草莓状或胶状黄铁矿共伴生于有机质胞腔内或矿物粒间孔隙。(2)黄铁矿微量元素特征显示,As、Mo、Sb等亲硫性元素从核部到边部含量增高,Mo、Ni、Zn、Cu、Ba等元素与U具有较好的正相关性,这些元素在大气降水中难以沉淀和富集,往往富集于深部还原性流体中。硫同位素δ34SV-CDT值显示从核部到边部明显降低的特征,表明黄铁矿形成环境发生了较大改变,指示海力锦铀矿床成矿流体可能为深部具有一定温度的还原性流体。(3)松辽盆地西南部深部发育厚度大且面积广的富铀烃源岩,海力锦铀矿床东南部F1断裂为沟通深部富铀烃源岩和含矿层的深大断裂,据此认为海力锦铀矿床成矿流体可能来自深部还原性流体(富铀烃源岩),控矿灰色砂岩为还原性流体对原生氧化沉积建造的还原改造。

“两性一度”指向下流体力学荣誉课程建设探索

文章根据“两性一度”标准,确定了流体力学荣誉课程在教学大纲重塑、教学方法创新、师资队伍建设、学生选拔和考核要求等方面的目标和原则,提出了以问题驱动为抓手、以基本概念为支点、以学习产出为导向、以虚拟仿真实践教学为拓展的荣誉课程特色。以连续方程四种形式及其与不同流动模型之间的关系为重点内容,以虚拟仿真平台中计算流体力学技术案例和现代流体测量技术进展综合性作业为典型,指出了“高阶性、创新性和挑战度”三标准在课程教学内容、虚拟教学平台和学生学习产出中的要求体现,相关探索可为工科流体力学荣誉课程及其他力学荣誉课程建设提供参考。

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1 081个实验数据点比较的平均绝对偏差为3.41%.