Lennard-Jones 纯流体液汽界面的分子动力学模拟

在表面张力长程校正公式的基础上,应用正则系综分子动力学模拟方法较为系统地对Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ（ＬＪ）纯流体的液汽平衡及界面性质进行了模拟研究。在温度Ｔ＊＝ｋＢＴ／ε为０．７５～１．２０范围内,分别计算了７个温度条件下ＬＪ纯流体的汽液相共存平衡密度、密度分布、表面张力和界面厚度。研究结果表明：文中得到的ＬＪ纯流体汽液相平衡密度与采用Ｇｉｂｂｓ系综ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟计算结果基本一致;表面张力的模拟计算值与实验数据符合较好;另外,随着温度的升高,流体的表面张力降低而界面厚度变大。     

粗粒化尺度模拟全氟烷烃的界面张力

通过分子动力学模拟方法,采用构建的粗粒化模型,对全氟烷烃(C6F14和C9F20)的界面性质进行了模拟计算.模拟得到的体系界面密度分布能清楚地反映界面结构及分子分布情况.通过与不同温度下实验值进行了比较,模拟的界面张力与实验数据十分吻合,并呈现随温度升高而减小的趋势.研究表明:所构建的粗粒化模型能够准确描述全氟烷烃的表面张力性质.     

乳胶基质体系油-水界面张力实验

 采用接触角张力仪测定乳胶基质体系油-水两相的界面张力。实验研究了温度对碳质燃料、乳化剂的表面张力的影响,以及乳化剂对乳胶基质中油-水界面张力的影响,结果表明,随着温度升高,碳质燃料、乳化剂的表面张力降低;而随着乳化剂质量分数的增加,油-水界面张力首先显著下降,随后趋向恒定值;乳胶基质体系中加入不同的乳化剂,高分子乳化剂形成的体系界面张力值相对较高。     

甲烷＋氮气／水体系高压界面张力的测定与计算

利用改装的JEFRI高压界面张力仪测定了5组不同配比的甲烷、氮气混合物与水之间的高压界面张力。并分析了温度、压力以及气体混合物组成对该体系界面张力的影响。在298～373K、1～30MPa的实验条件下。甲烷、氮气混合物与水之间的界面张力总是随压力、温度的升高以及甲烷含量的增加而降低。采用Zuo和Stenby提出的线性梯度理论对实验体系的界面张力进行了计算，计算值与实验值符合较好。     

甲烷+氮气/水体系高压界面张力的测定与计算

利用改装的JEFRI高压界面张力仪测定了 5组不同配比的甲烷、氮气混合物与水之间的高压界面张力 ,并分析了温度、压力以及气体混合物组成对该体系界面张力的影响。在 2 98～ 373K、1～ 30MPa的实验条件下 ,甲烷、氮气混合物与水之间的界面张力总是随压力、温度的升高以及甲烷含量的增加而降低。采用Zuo和Stenby提出的线性梯度理论对实验体系的界面张力进行了计算 ,计算值与实验值符合较好。     

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．     

过冷态水表面性质的分子动力学研究

采用SPC/E 和TIP4P 两种势函数, 分子动力学模拟了228~293 K 温度范围内水的表面性质. 模拟结果表明, 表面张力随温度的降低而增大. 当温度低于273 K 时, 表面张力的温度系数开始缓慢升高, 但在228 K 附近没有观察到类似某些体热力学参量的奇异发散行为, 这与实验结果相一致. 与实验测量值比较, SPC/E 势函数的模拟结果符合较好, 而TIP4P势低估了表面张力. 造成这种差异的主要原因可能是SPC/E 势较好地描述了过冷态水的表面结构. 在表面水分子的方向分布模拟中, SPC/E 势下的水分子表现出更强的方向有序性, 而且表面势也比TIP4P 势下的相应值高.     

含油制冷剂R134a饱和液相运动黏度及表面张力实验测量

以制冷剂R134a与润滑油的均匀混合物为研究对象,对其饱和液体的运动黏度、表面张力进行了实验测量,其中实验温度范围为273.15～293.15 K,润滑油牌号为Solestl20且其质量分数分别为20×10-6、50×10-6、80×10-6、100×10-6,实验数据显示,随着含油量的增加,含油R134a饱和液体的运动黏度、表面张力呈明显的递增趋势,且润滑油对R134a饱和液体运动黏度的影响随温度的升高逐渐减弱,对其表面张力的影响则随温度的升高逐渐增强.同时,依据实验数据,采用数学中常用的非线性回归法建立了含油R134a饱和液体的运动黏度、表面张力与温度、含油量之间的函数关系式,其中运动黏度关系式的相对偏差绝时平均值为2.22%,表面张力关系式的相对偏差绝对平均值为0.43%.     

超临界水密度和自扩散系数预测的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了温度范围为673.15～873.15 K,压力范围为22.1～131.3 MPa条件下不同状态点水的密度和自扩散系数,并与实验结果进行对比.模拟体系为256个水分子,模拟系综为等温等压系综.模拟结果表明:密度和自扩散系数的模拟预测值与实验值基本一致;密度的模拟预测值大多低于实验值,最大相对误差小于-20 %;自扩散系数的模拟预测值大多高于实验值,但最大相对误差小于±20 %.在缺乏实验数据时,利用单点电荷 (SPC)势能模型,可采用分子动力学方法预测超临界水的密度和自扩散系数.     

离子液体N-丙基-吡啶二氰胺盐[C3py][DCA]水溶液的体积和表面性质

在T=(288.15～318.15)K温度范围内,测定了不同质量摩尔浓度的离子液体N-丙基-吡啶二氰胺[C_3py][DCA]水溶液的密度和表面张力。根据密度值计算了不同浓度[C_3py][DCA]水溶液的平均摩尔体积和热膨胀系数,水溶液平均摩尔体积随着温度和质量浓度的升高而增大,热膨胀系数随着温度的升高而增大。并提出了一种估算水溶液表面张力的经验方程。预测值与实验值具有较好的一致性。     

二甲亚砜+二甲苯异构体的过量体积和表面张力

在298.15 K下,用振动管密度计在全浓度范围内测量了二甲亚砜分别与邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯构成的3个二元液体混合物的密度且计算出过量摩尔体积VE;并用悬滴法测量了此3个二元液体混合物的表面张力,且计算了这3个体系的表面张力偏差值.其中, 3个二元混合物VE和表面张力偏差值均为负值,在极小值处.     

SDBS/B MAB油水界面自组装行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究了SDBS/BMAB体系的油水界面自组装行为机理.通过模拟SDBS/BMAB体系的界面吸附构型来探索自组装行为机理,并给出了SDBS和BMAB在界面上的吸附过程.表面张力的模拟结果与实验数据有高度的吻合性.根据模拟结果,提出了SDBS/BMAB体系在界面上的自组装结构形成原因.同时,计算了密度曲线、径向分布函数和单层膜扩散系数,根据计算结果提出并探究了SDBS与BMAB之间的界面自组装对于降低界面张力的影响.     

一种新型低分子热塑性树脂体系CBT500/DBTL的界面张力表征

为获得真实、可靠的新型低分子热塑性树脂体系CBT500(环对苯二甲酸丁二醇酯)/DBTL(二月桂酸二丁基锡)的界面张力,研究新型树脂体系的混合机理及指导混合设备研制,综合接触角法与调和平均法的各自优势,依据相似理论,提出引用调和平均法修正接触角法,首先研究20~120℃范围内CBT500/DBTL树脂体系的界面张力。其次采用最小二乘法分段线性拟合界面张力修正值并推广。研究结果表明:在20~120℃范围内,CBT500/DBTL树脂体系的界面张力随温度的升高而降低。与接触角法获得的界面张力计算值相比,采用调和平均法获得的界面张力修正值整体减小44.7%,更加接近真实值。得到20~200℃范围内,CBT500/DBTL树脂体系界面张力与温度之间的分段函数关系式。     

乙醇/柴油混合燃料的配制、物性测量和对柴油机性能影响的模拟研究

选择丁醇、庚醇、生物柴油和聚山梨糖醇单油酸酯(Span80)作为助溶剂,对比研究其助溶效果.按照不同乙醇体积分数(10%,20%和30%)和温度范围(5～60℃),进行混合燃料的密度、表面张力和黏度等物性参数测量,研究其随乙醇体积分数和温度变化的规律.模拟研究混合燃料对柴油机性能的影响,结果表明:随乙醇体积分数的增加,燃油雾化效果得到改善,壁面油膜逐渐减少,氮氧化物(NOx)和碳烟(soot)排放逐渐减少;发动机动力性逐渐下降,但是当量比油耗和燃烧噪声逐渐下降.乙醇体积分数为10%时柴油机的综合性能最佳.     

二甲醚热物理性质的研究

对二甲醚热物理性质的研究现状进行了详细分析,同时对西安交通大学在二甲醚热物理性质,包括临界参数、饱和气液相密度、饱和蒸气压、标准沸点、偏心因子、气相PVT性质、维里系数、表面张力、饱和液相粘度等方面的研究进展进行总结和分析,提供了相关的计算方程.其中饱和液相和气相密度方程的温度适用范围为301～400K,计算的不确定度小于0 35%和4 83%,饱和蒸气压方程的温度适用范围为233～400K,计算的不确定度小于0 1%,气相PVT方程的适用温度范围为298～353K,计算的不确定度小于0 5%,表面张力方程的适用温度范围为213～368K,计算的不确定度小于0 2mN·m-1,粘度方程的适用温度范围为227～343K,计算的不确定度小于2 0%,为其他研究人员今后从事二甲醚的应用研究提供了急需的基础热物性数据.     

富硼渣MgO-B_2O_3-SiO_2-FeO体系表面张力计算

基于熔渣结构离子与分子共存理论和Butler方程建立MgO-B_2O_3-SiO_2-FeO体系表面张力计算模型,计算该体系及其子体系的表面张力,考察熔渣组元和温度对表面张力的影响。研究结果表明:本模型计算的相关体系熔渣表面张力与文献实验值吻合较好,模型平均相对误差为11.85%。含B_2O_3体系熔渣中,B_2O_3组元能够显著降低熔渣表面张力,纯氧化物表面张力与形成氧化物的阳离子静电势及氧化物中离子键分数有关。MgO-B_2O_3-SiO_2-FeO体系表面张力随B_2O_3含量增加和温度升高而显著降低,随着MgO/SiO_2质量比的增加而逐渐增大;当B_2O_3质量分数为17%~19%时,表面张力随FeO含量的变化规律发生改变,当B_2O_3含量较低时,熔渣表面张力随着FeO含量的增加而增大,当B_2O_3含量较高时,表面张力随着FeO含量的增加而降低。     

热障涂层热不匹配残余应力的分析研究

广泛应用于高温部件的热障涂层,在热载荷作用下各层间所集聚的残余应力是导致其层裂和失效的重要原因。针对热障涂层由于热不匹配产生的残余应力,建立了相应的平面应变模型,研究了温度与涂层厚度对界面残余应力和陶瓷层内最大残余应力分布的影响。结果表明,陶瓷层内的残余应力主要表现为横向压缩应力,且最大值位于距陶瓷层表面1/3厚度处;界面残余应力相对较小,但在自由边界处有应力集中现象;随着温度的升高应力值在增大,陶瓷层厚度增加会改变结构厚度方向上的应力分布,且厚度增加使陶瓷层内残余应力值和界面残余应力值减小。     

弹性-粘弹性复合板模态密度研究

利用弹性最小势能原理和变分法,推导出弹性－粘弹性复合板的弯曲振动模态密度计算公式,系统地分析了阻尼层厚度、温度和频率对模态密度的影响规律,得出自由阻尼板的模态密度随阻尼层厚度增加而增大,约束阻尼板的模态密度随阻尼层厚度增加而减小;自由阻尼板的模态密度随温度的升高而增大,而约束阻尼板的模态密度受温度影响较小等若干结论。     

Tb/Fe_(50)Mn_(50)多层膜层间与界面交换耦合的研究

采用磁控溅射技术制备了Tb/Fe50[Mn]50 n多层膜,用Versalab振动样品磁强计测量薄膜样品在不同温度下的磁滞回线,研究了Tb/Fe50[Mn]50 n多层膜体系矫顽力和温度、薄膜层数及反铁磁层厚度的关系,以及薄膜铁磁层与反铁磁层界面耦合作用和铁磁层的层间耦合作用.研究发现铁磁层与反铁磁层的界面耦合作用随温度升高而增加,且存在随薄膜厚度增加而增大的转变温度Tt.当TTt时,界面耦合使矫顽力减小;当TTt时,使矫顽力增大.铁磁层的层间耦合作用随反铁磁层厚度在铁磁耦合和反铁磁耦合之间振荡变化,当TTt时耦合作用强度随温度增加而减小,但当TTt时,耦合作用突然增强.     

层合板单搭胶接接头应力的三维有限元分析

应用ANSYS有限元分析软件,用APDL语言开发了相应的程序,研究T700/TDE86复合材料层合板单搭胶接接头在单向拉伸载荷作用下的胶层中面及界面应力,分析了接头界面最大剪切/剥离应力值随胶层厚度尺寸变化的规律,模拟了接头在胶层厚度中间面上的三维应力分布情况.结果表明,明显的剪切/剥离应力集中均发生在接头搭接区端部,影响接头强度的主要因素是剪应力;伴随胶层厚度的增加,接头界面最大剪应力值先减小再增大,而最大剥离应力值则逐渐增大,接头界面剪应力最小值发生在胶层厚度为0. 25 mm的接头,即为胶接接头胶层厚度的较优值.