基于分子动力学的元素硫吸附扩散行为研究

为了研究硫在有机溶剂中的溶解扩散作用机理,基于分子动力学方法建立了多种有机溶剂及溶质硫的模型;通过界面吸附能、相对浓度曲线、均方位移、径向分布函数对硫的扩散行为进行了表征研究。研究结果表明,硫与溶剂界面相互作用以范德华力为主,硫晶面顶角边缘的分子率先脱离进入溶剂中;均方位移和径向分布函数分析证实了溶剂分子结构对硫的溶解扩散有重要影响,与硫分子结构相似的溶剂对单质硫具有较好的分散溶解能力,而硫与溶剂间的氢键作用会降低粒子扩散运动能力。研究结果为硫溶剂选择和结构设计提供了借鉴。

植物绝缘油中水对甲醇扩散影响的分子动力学模拟

甲醇因其稳定性强、在绝缘油老化初期含量高等特点,是变压器油纸绝缘状态评估的重要特征物质,而水是油纸老化过程中必不可少的产物。为明确水对植物绝缘油中甲醇扩散的影响,分别构建含水量为1.0%、1.5%、3.0%、5.0%的植物绝缘油、水、甲醇共混模型,利用分子动力学方法计算模型中物质的扩散轨迹、扩散系数、相互作用能、氢键、自由体积,并从微观角度出发,解释水促进甲醇扩散的机理。结果表明:随着含水量的增加,甲醇与植物绝缘油的相互作用能减小,系统整体的氢键稳定性下降,自由体积增大,最终导致甲醇在植物绝缘油中的扩散作用增强。

元素硫在溶硫剂中扩散溶解行为的分子动力学模拟

溶硫解堵是高含硫气藏开发中处理硫沉积堵塞的常用方法。建立硫分子晶体形貌,采取分子动力学方法计算了溶硫主剂(二甲基二硫醚DMDS、CS_(2)、二甲亚砜DMSO、环己胺CHA)与硫晶体界面的吸附能,以及S8分子在扩散溶解过程中的径向分布函数、均方位移及扩散系数,研究了溶硫主剂的扩散溶硫行为。结果表明:晶体直接生长方法(AE)得到的S8分子晶体形貌接近实际沉积的元素硫颗粒,硫与溶硫主剂的吸附能在-612~-1 479 kJ·mol^(-1),产生较强的相互作用;溶硫主剂分子与硫分子构成的溶硫盒子中,溶硫主剂分子与S_(8)分子产生强烈的范德华力,促进扩散溶硫,其中CS_(2)与S_(8)分子间在距离0.26 nm处相互作用最强,产生物理溶硫;DMDS、DMSO、CHA在距离0.23 nm处产生氢键作用,化学与物理作用协同溶硫。

多环芳烃在浴气中的二元扩散系数的分子动力学模拟研究

多环芳烃是形成碳烟的前驱体,其扩散性质对碳氢燃料火焰的特征和模拟研究有重要意义.通过观察由不同力场参数模拟所得的苯分子与浴气分子相互作用势能曲线与CCSD(T)/CBS和M06-2X/6-311g(d,p)方法所得势能曲线的符合程度,本研究确定了一组适用于芳烃与氮气或氦气体系的力场参数,并探索了模拟时长和速度相关积分尾部数据对结果的影响,进一步确定了模拟设置.在此基础上,比较了苯在浴气中的二元扩散系数的模拟值和文献中的实验值,其相对偏差的绝对值小于3.5%.分别比较了萘、芘、晕苯在浴气中的二元扩散系数模拟值与基于Hirschfelder-Bird-Spotz公式的各种方法所得数值,发现由SA方法和η-ξ方法所得二元扩散系数普遍比σ-ε方法和经验估计法的结果更接近模拟值.

基于分子动力学的热化学储能过程中CaO/Ca(OH)_(2)分子扩散机制研究

在CaO/Ca(OH)_(2)热化学储能过程中,CaO晶粒的结构演变会影响材料的储能和机械性能.本文通过分子动力学模拟研究了热化学储能过程中CaO/Ca(OH)_(2)晶粒中分子的扩散强度和晶格结构的变化.结果表明,脱水反应过程中Ca(OH)_(2)分子的运动符合体扩散机制.其中,O/H原子的扩散指前因子为7.9×10^(-8)m^(2)/s,而Ca原子的扩散指前因子仅为4.7×10^(-8) m^(2)/s,O/H的快速扩散破坏了材料原有的晶格结构,使得脱水后CaO的结晶度降低.在水合反应过程中,CaO晶粒外层分子的扩散指前因子为3.2×10^(-8) m^(2)/s,为内层分子的2.5倍,CaO分子扩散符合表面扩散机制.由于水合过程中CaO分子的整体扩散强度较弱,因此对CaO晶格结构影响较小.从分子层面揭示了CaO/Ca(OH)_(2)分子在热化学储能过程中的扩散机制.

基于分子动力学模拟的沥青膜内氧气扩散行为研究

沥青的老化是沥青路面使用过程中最受关注的问题之一。然而,沥青通常以薄膜的形式存在于混合料中。氧气扩散是影响沥青老化的重要因素,为了探究不同工况下氧气在沥青膜中的扩散行为,该研究建立了氧气‒沥青‒集料(OAA)模型,以模拟在实际情况下集料表面沥青膜状态。在不同时间、温度、氧气分子浓度和集料类型条件下,对OAA模型中氧气扩散和沥青组分迁移规律进行研究。通过计算分子的相对分子浓度、径向分布函数、均方位移和扩散系数,比较各因素对模型分子行为的影响,进一步分析各参数之间的联系。从分子模拟结果可知,氧气分子浓度随扩散时间的增加而增加,且集料与沥青界面处的氧气分子浓度明显上升。随着温度的升高,氧气向沥青膜内的扩散能力增强,氧气分子浓度随之线性增加。增加氧分子数量,沥青膜内的氧气相对分子浓度整体上升,CaCO_(3)集料更利于氧气向沥青膜内扩散。

具有季节性反应扩散疟疾模型的全局动力学

疟疾是一种由疟原虫引起的传染病,它是通过成年雌性按蚊叮咬而引发的人与人之间传播。为了探讨空间异质和季节性对疟疾传播的影响,建立了一类周期的反应扩散模型。鉴于蚊子总密度趋于一个正的周期解,故对原系统的研究转而讨论其极限系统。首先定义了模型的基本再生数R_(0),然后利用单调次齐性系统理论表明了R_(0)是决定极限系统全局动力学的一个阈值参数。具体地说,当R_(0)≤1时,无病周期解是全局渐近稳定的;而当R_(0)>1时,模型存在唯一正的周期解且它是全局渐近稳定的。最后,利用链传递集理论将极限系统的动力学提升到原系统。

具有异质空间扩散的梅毒模型的阈值动力学分析与仿真

为了研究个体扩散和空间异质环境对梅毒传播的影响,该文构建了一类具异质空间反应扩散梅毒动力学模型.首先,研究了模型的适定性问题,包括解的全局存在性、系统的耗散性和解半流吸引子存在性;其次利用下一代再生算子定义推导出模型的基本再生数R_0的泛函表达式;再次,讨论了系统解关于阈值-R_0的动力学行为,具体地,当R_0> 1时,无病平衡态是全局稳定的,当R_0> 1时,系统是一致持久的.在特殊情形下,还证明了系统常数正平衡点的存在唯一性和全局稳定性.最后,通过数值模拟验证了理论结果并分析了空间因素对梅毒传播的影响.数值结果表明:(1)加强对隐性梅毒感染者的治疗可以有效地降低梅毒在人群中传播的风险;(2)忽略空间异质性将会低估梅毒的流行趋势.另外,个体扩散率对梅毒传播的影响同样也是不容忽视的.

一类具有多时滞非局部扩散HIV潜伏感染模型的时空动力学分析

该文建立了一类具有多时滞非局部扩散HIV潜伏感染模型来研究HIV在宿主体内感染机制.具体地,考虑了初始病毒感染到HIV病毒成功整合到靶细胞DNA中和细胞感染到病毒产生这两个时滞,同时也考虑了空间异质环境中自由病毒的非局部扩散.首先证明了系统解半流的全局适定性,紧性和渐近光滑性,其次通过下一代再生算子定义给出基本再生数泛函表达式,以及其非局部算子扰动的特征值问题的主特征值与基本再生数的关系.利用无穷维系统的持久性理论研究了模型的一致持久性.再次,通过将本征函数设置为Lyapunov泛函的积分核讨论了系统全局阈值动力学.具体地,当R_(0)≤1时无感染平衡态是全局稳定的,否则系统感染平衡态是全局稳定的.最后通过数值模拟验证了理论结果.此外数值结果表明:(1)增加扩散率和减少细胞延迟时间将增加病毒的最终载量;(2)扩散内核函数影响R_(0)的值以及病毒的最终载量.这说明病毒非局部扩散和时滞在宿主内HIV感染过程中起着关键的作用.

硅酮密封胶体系中增塑剂扩散性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法在COMPASS II力场下分析了3种增塑剂(白油、甲基硅油和双端乙烯基硅油)在脱酮肟硅酮密封胶中的扩散性能。研究结果表明:(1)在相同温度(298 K)下,增塑剂的扩散系数大小顺序为:白油>甲基硅油>双端乙烯基硅油。随着温度升高,3种增塑剂的扩散系数均随之升高。当温度超过318 K后,白油扩散系数急剧增加,双端乙烯基硅油增加最缓慢。随着增塑剂含量的升高,3种增塑剂在硅酮密封胶体系中的扩散系数均随之升高,增塑剂的扩散能力随着其含量的增加而增加。(2)在3种混合体系中,脱酮肟密封胶/白油体系的相容性最差,体系分子间的自由体积和自由体积分数最大,增塑剂分子的占有体积及尺寸最大,这些因素综合作用均导致白油具有较强的扩散能力,而双端乙烯基硅油具有较好的抗迁移能力。(3)温度升高使脱酮肟密封胶与增塑剂分子间作用减弱,同时体系的自由体积和自由体积分数增大,增加了增塑剂分子的运动空间,提高了增塑剂分子的扩散能力。(4)增塑剂含量越高,与脱酮肟密封胶分子间形成的相互作用能及范德华作用力能也越大,但同时体系的自由体积和自由体积分数也随着增塑剂含量的增加而增加。增塑剂分子扩散能力是分子间相互作用的力学效应及空间效应共同作用的结果。

基于分子动力学模拟的橡胶改性沥青在集料表面的扩散特征研究

橡胶改性沥青和集料之间的界面作用与沥青路面的耐久性、高温稳定性有着重要联系而现有研究对该界面作用的微观认知尚不够全面。基于分子动力学模拟,以MaterialsStudio软件为研究工具,构建由基质沥青、天然橡胶沥青、顺丁橡胶沥青、丁苯橡胶沥青(15%掺量)与集料的4种主要矿物组成(石英、方解石、钠长石、微斜长石)两两构成的界面模型,从分子尺度上探究不同沥青组分在4种矿物表面的扩散行为,分析得到不同橡胶类型对其扩散作用的影响规律。结果表明:轻质组分在各矿物表面的扩散作用强于重质组分,相对分子质量对沥青组分的扩散速率起到关键作用;在不同矿物表面,橡胶分子链的加入对于提升沥青各组分扩散系数多为积极作用,且不同类型橡胶作用规律有所不同。研究结果可为不同矿料类型制备适配的橡胶改性沥青提供参考依据。

原油-CO_(2)相互作用机理分子动力学模拟研究

CO_(2)的众多驱油机理已经被广泛认同,但受油藏因素影响,不同油藏条件下CO_(2)驱的效果差异较大。因此,需要进一步深化研究CO_(2)与原油的微观相互作用机理,明确不同油藏条件下CO_(2)的驱油方式,最大限度挖潜CO_(2)驱的潜力。利用分子动力学模拟方法研究了组分、温度、压力对油滴-CO_(2)相互作用的影响。求取动力学参数,量化表征油滴-CO_(2)间的相互作用,厘清了不同条件下二者的微观相互作用规律。模拟结果显示,色散力是主导CO_(2)-烷烃分子相互作用的主要作用能,二者相互作用主要包含两方面:一是CO_(2)分子克服烷烃分子间的位阻作用向油滴内部溶解扩散,二是CO_(2)分子对油滴外层分子的萃取吸引作用。随着烷烃分子链长减小、温度降低和压力增加,油滴溶解度参数和CO_(2)配位数增加,油滴外层分子的弯曲度减小,二者的相互作用增强。研究结果认为,在温度较低、压力较高的轻质和中轻质油藏中,应尽可能地实现CO_(2)混相驱和近混相驱,在温度较高、压力较低的中质和重质油藏中,应充分发挥CO_(2)非混相驱的溶解降黏、膨胀原油体积和补充能量的优势。研究结果能够为室内研究和现场实施CO_(2)驱油提供理论指导。

大别山板栗片热泵干燥特性及动力学模型分析

为了研究大别山板栗片热泵干燥过程和特性,建立其干燥动力学模型,并优化干燥工艺以提高干燥后的品质,以大别山板栗为研究对象进行热泵干燥动力学研究,通过对7种常用干燥模型线性化处理,筛选适合用来描述板栗片热泵干燥特性的数学模型,并利用试验数据与模型进行回归拟合,确定并建立最适合的数学模型。结果表明:Page模型的预测值曲线和实测值曲线高度吻合,Page模型可用来描述板栗片热泵干燥过程中水分的变化规律。研究结果可为板栗片实际生产中的热泵干燥加工提供一定参考。

分子动力学的不同沥青分子自愈机制分析

为探究沥青材料的自愈合性能,基于分子动力学模拟,利用Materials Studio软件建立基质沥青、SBS(styrene-butadiene-styrene)改性沥青、老化沥青以及老化SBS改性沥青的三维微裂缝模型;通过密度分析、相对浓度分布以及自由体积分数等方法,分析自愈合模型的愈合情况.结果表明,SBS改性剂对沥青的自愈有一定的促进作用,老化对沥青的自愈有一定的抑制作用,4种沥青的自愈潜力从大到小依次为SBS改性沥青、基质沥青、老化后SBS改性沥青以及老化沥青.

Al_(2)O_(3)对铝熔体中杂质Fe扩散行为影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法从均方位移、自扩散系数、径向分布函数、配位数等方面分析研究了Al_(2)O_(3)对铝熔体中杂质Fe扩散行为的影响规律。结果表明:Al_(2)O_(3)是影响铝熔体中杂质Fe扩散和富集的关键因素,随着Al_(2)O_(3)含量的增加,杂质Fe的均方位移随之下降,且随着时间的延长,均方位移的增加幅度减小,扩散系数从0.173×10^(−8)m^(2)/s下降到0.037×10^(−8)m^(2)/s,即Al_(2)O_(3)含量的增加阻碍了杂质Fe的扩散,且Al2O3含量阻碍杂质Fe扩散行为的倾向随着时间的延长而加剧。同时,随Al_(2)O_(3)含量的增加,径向分布函数曲线发生明显变化,曲线第一峰的高度逐渐变高,即Fe原子配位数逐渐增加,杂质Fe的聚集程度增加。分析认为Al_(2)O_(3)的存在破坏了铝熔体中原子的有序排布,改变了Fe原子的晶格畸变能和熔体的黏度,造成杂质Fe的扩散困难;Al_(2)O_(3)有利于杂质Fe的富集,为富Fe相的形成创造了有利条件。杂质Fe在铝合金组织中常以富Fe相依附于Al_(2)O_(3)周围,Al_(2)O_(3)可作为异质基底促进富Fe相的形核和生长;杂质Fe的存在形态与Al_(2)O_(3)含量有直接关系,Al_(2)O_(3)含量的减少有利于降低杂质Fe在铝熔体中的富集倾向,从而降低形成团聚的粗大富Fe相的可能性。这与分子动力学模拟结果相吻合,也说明模拟方法是可行的。

具有非局部感染和周期治疗的HIV感染模型的时空动力学分析

该文建立了一类非自治反应扩散HIV细胞模型来研究周期治疗、非局部感染对HIV感染时空动力学的影响.具体地,首先推导出模型基本再生数R0,其由下一代再生算子R的谱半径所定义.然后对模型的动力学行为进行分析,其中包括无感染平衡态的全局稳定性、HIV感染的一致持久性以及周期正平衡态的存在性.最后,通过数值模拟验证了理论结果的正确性并分析了相关重要因素对HIV感染进程的影响,为HIV的临床治疗提供有价值的参考建议.

MOA框架下建筑工人不安全行为扩散影响因素研究——基于系统动力学方法

为探索建筑工人不安全行为扩散影响因素的动态作用机理,通过整理相关文献,基于MOA理论“动机-机会-能力”影响框架,运用系统动力学方法,构建更贴合实际的系统动力学仿真模型,研究各因素对建筑工人不安全行为扩散的影响规律。研究结果表明:动机、机会水平的降低、能力水平的提高对不安全行为扩散行为有显著的抑制作用,其中,受控动机、环境压力、工作尽责对不安全行为扩散的影响分别相较于自主动机、联结强度、安全素质更为显著;综合控制动机、机会、能力三维度因素相较于单独控制上述3个因素,对不安全行为扩散的抑制更有效。研究结果可为建筑施工企业根据实际情境,综合把控建筑工人不安全行为扩散因素,进而提高安全管理工作效率提供一定参考。

Ru/Al_(2)O_(3)催化剂上双酚A加氢反应动力学研究

采用等体积浸渍法制备了Ru/Al_(2)O_(3)催化剂,在间歇式反应釜中研究了双酚A的加氢反应动力学。根据Langmuir-Hinshelwood反应机理建立了双酚A加氢反应的动力学模型,并确定第一步加氢是决定反应速率的控制步骤。结果表明,通过计算得到双酚A与中间体4-(2-(4-羟基环己基)丙-2-基)苯酚的两步加氢反应所需活化能分别为66.46 kJ/mol和68.07 kJ/mol,动力学模型与实验数据之间存在良好的相关性。

中低温煤焦油沥青组分的热解特性及动力学研究

中低温煤焦油沥青(MLP)为人造炭材料的重要原料,研究其组分的热解特性及动力学对高品质中低温煤焦油沥青基炭材料的制备具有重要意义。以中低温煤焦油沥青为原料,分别采用正丁醇(BA)和二甲基亚砜(DMSO)为萃取剂以获得4种沥青组分,通过热重分析仪对中低温煤焦油沥青和4种族组分的热解行为进行研究,利用Flynn-Wall-Ozawa法、Kissinger-Akahira-Sunose法和Satava-Sestak法计算热解活化能以及热解动力学参数。结果表明:MLP、DMSOS、BAI组分的热解反应机理符合随机成核及其后续增长模型,最佳热解机理函数分别为G(α)=[-ln(1-α)]^(4/3)、G(α)=[-ln(1-α)]^(4)、G(α)=[-ln(1-α)]2,活化能分别为73.99、180.20、46.09 kJ/mol,lg A分别为5.82、13.57、3.32;BAS组分的热解反应机理符合二维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=α+(1-α)ln(1-α),E=85.36 kJ/mol,lg A=6.18;DMSOI组分的热解反应机理符合二维扩散或三维扩散模型,最佳热解机理函数为G(α)=[1-(1-α)^(1/3)]^(2),E=64.42 kJ/mol,lg A=4.00。

聚丙烯酰胺水溶液的分子动力学模拟研究

为模拟实际选煤过程中产生的含聚污水,采用分子动力学的方法,选择COMPASS II力场,分别对含非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)的水溶液体系和含阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)的水溶液体系进行模拟。通过分析聚合物的平衡构象、均方位移曲线、径向分布函数、扩散轨迹及均方回转半径等,进一步探究聚丙酰胺(PAM)水溶液的微观结构与高分子溶液性质的关系。研究结果表明:NPAM在溶液中形成疏水内核球体而悬浮,而HPAM在溶液底部聚集;含HPAM的水溶液中水分子比含NPAM的水溶液中水分子扩散系数较大;HPAM表面与附近水分子作用数较多,形成强氢键;HPAM在溶液中水分子位移和活动范围都比NPAM中水分子大;在水溶液中NPAM比HPAM更好地舒展。