纳米液膜传递特性的分子动力学模拟

发布时间：2017-06-23 22:09

  本文关键词：纳米液膜传递特性的分子动力学模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在微纳器件应用领域,纳米液膜传递特性的研究有着重要的意义。由于纳米液膜厚度一般在几纳米到几百纳米之间,实验条件下测量不仅对设备要求很高,在技术上也有很大难度。本文利用平衡和非平衡分子动力学模拟方法,从分子层次研究了纳米液膜的蒸发过程,探讨液相分子数、壁面作用势能、温度等因素对汽-液界面厚度的影响,以及壁面作用势能、温度、壁面粗糙度等因素对纳米液膜蒸发通量的影响。此外,采用非平衡分子动力学模拟方法,模拟纳米通道内氩流体的热量传递过程,引入嵌入式原子方法模拟固壁原子之间的相互作用势能,利用Green-Kubo公式计算热导率和热流量,进而计算界面热阻长度。纳米液膜蒸发行为的分子动力学模拟结果表明,对于纳米水液膜的蒸发过程,随着壁面作用势能参数的减小,近壁面处“类固体区”质量密度点震荡减弱；随着温度的增加,汽-液界面厚度随之增加；模拟体系的水分子数、壁面作用势能参数对汽-液界面厚度的影响不大。光滑壁面上和粗糙壁面上纳米氩液膜的蒸发过程均包括恒速和降速两个阶段。在恒速阶段,壁面能量参数对蒸发通量几乎没有影响；在降速阶段,随着壁面势能参数的增加,壁面吸附的氩原子数增多。对于粗糙壁面上纳米氩液膜的蒸发过程,当粗糙度因子一定时,相面积分数越大,降速阶段壁面吸附的氩原子数越多,纳米氩液膜的蒸发也越慢；当相面积分数一定时,粗糙度因子越大,蒸发越慢,达到平衡时,滞留在凹槽内的原子数越多；当壁面粗糙因子及相面积分数均相同时,在恒速阶段,纳米液膜在栏栅形粗糙壁面与在方柱矩阵形粗糙壁面上的蒸发通量相差不大,在降速阶段,栏栅形粗糙表面吸附更多的氩原子。纳米通道内氩流体传热行为的分子动力学模拟结果表明,紧靠上下固壁表面的液体原子形成了相对稳定的“类固体”结构：固-液界面热阻随着壁面能量参数的增加而降低；固-液界面热阻长度随固壁温度的升高而近似呈线性增长；与光滑表面相比,表面粗糙度的存在,降低了界面热阻,强化了液-固界面的能量传递。
【关键词】：纳米液膜 分子动力学模拟 纳米通道 蒸发 界面热阻
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-27
• 1.1 分子动力学模拟理论简介9-22
• 1.1.1 分子动力学模拟的基本过程9-12
• 1.1.2 系综的选择12-13
• 1.1.3 边界条件的处理13-14
• 1.1.4 混合规则14
• 1.1.5 截断半径的处理14-15
• 1.1.6 分子力场15-20
• 1.1.7 时间步长和步数20
• 1.1.8 恒温控制方法20-22
• 1.2 纳米液膜蒸发行为的模拟研究22-23
• 1.3 受限纳米氩液膜传热行为的模拟研究23-24
• 1.4 固壁形貌的分子动力学研究24-26
• 1.5 研究内容26-27
• 2 纳米水液膜蒸发行为的平衡分子动力学模拟27-35
• 2.1 模拟方法27-29
• 2.1.1 初始模型及模拟细节27
• 2.1.2 水的势能函数27-28
• 2.1.3 密度分布与汽-液界面厚度的确定28-29
• 2.2 结果与讨论29-34
• 2.2.1 水分子数的影响29-30
• 2.2.2 壁面作用势能的影响30-33
• 2.2.3 温度的影响33-34
• 2.3 本章小结34-35
• 3 纳米氩液膜蒸发行为的非平衡分子动力学模拟35-49
• 3.1 蒸发过程的非平衡分子动力学模拟35
• 3.2 蒸发通量的确定35
• 3.3 纳米氩液膜在光滑壁面上的蒸发行为35-40
• 3.3.1 初始模型及模拟细节35-36
• 3.3.2 壁面作用势能的影响36-39
• 3.3.3 温度的影响39-40
• 3.4 纳米氩液膜在粗糙壁面上的蒸发行为40-48
• 3.4.1 初始模型及模拟细节40-42
• 3.4.2 相面积分数的影响42-44
• 3.4.3 粗糙度因子的影响44-46
• 3.4.4 表面几何形貌的影响46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 4 受限纳米氩液膜传热行为的非平衡分了动力学模拟49-59
• 4.1 模拟方法49-52
• 4.1.1 传热行为的非平衡分子动力学模拟49
• 4.1.2 初始模型及模拟细节49-50
• 4.1.3 势函数的选取50-51
• 4.1.4 固-液界面的温度跳变51-52
• 4.2 结果与讨论52-58
• 4.2.1 流体区的数密度分布52-54
• 4.2.2 流体区的温度分布54-55
• 4.2.3 壁面作用势能对界面热阻长度的影响55-56
• 4.2.4 壁温对界面热阻长度的影响56-57
• 4.2.5 粗糙度对界面热阻长度的影响57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况64-65
• 致谢65-66

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王丽,边秀房,李辉;金属Cu液固转变及晶体生长的分子动力学模拟[J];物理化学学报;2000年09期

2 滕智津,韩振为;分子动力学模拟在蛋白质固体表面吸附构象转变中的应用[J];化学工业与工程;2005年03期

3 黄金保;刘朝;江德正;;分子动力学模拟在聚合物热解中的应用[J];功能高分子学报;2009年01期

4 马云霞;赵慧霞;杨晓峰;;分子动力学模拟的基本步骤及误差分析[J];硅谷;2012年03期

5 吴方棣;郑辉东;刘俊劭;郑细鸣;;分子动力学模拟在化工中的应用进展[J];重庆理工大学学报(自然科学);2013年10期

6 徐英武,王存新,施蕴渝;环孢霉素A分子的随机动力学模拟[J];中国科学(B辑 化学 生命科学 地学);1993年07期

7 王慧娟;陈成;邓联文;江建军;;硅晶体中点缺陷结合过程的分子动力学模拟[J];材料科学与工程学报;2007年02期

8 刘倩;岳红;张慧军;庄昌清;;聚合物共混相容性分子动力学模拟进展[J];材料开发与应用;2011年03期

9 岳雅娟;刘清芝;伍联营;胡仰栋;;有机分子在聚乙烯膜中扩散过程的分子动力学模拟[J];化工学报;2012年01期

10 罗彬宾;李祥;陈云飞;;超薄水膜剪切流的分子动力学模拟[J];机械工程学报;2007年09期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 黄庆生;吴洪明;吴建华;;用纳米孔道测定蛋白质序列的分子动力学模拟[A];第八届全国生物力学学术会议论文集[C];2006年

2 岳红伟;王艳;陈光巨;;不同的识别剂、剪切剂对接到DNA上的动力学模拟比较[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年

3 言天英;高学平;Gregory A．Voth;;分子动力学模拟离子液体的结构与动力学性质[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年

4 黄世萍;;分子筛中烷烃的甲基旋转动力学:分子动力学模拟研究[A];中国化学会第26届学术年会理论化学方法和应用分会场论文集[C];2008年

5 田国才;华一新;;分子动力学模拟研究离子液体中水分子的光谱和动力学[A];中国化学会第26届学术年会理论化学方法和应用分会场论文集[C];2008年

6 王后芳;雷鸣;;小分子抑制剂与甲状腺结合前清蛋白对接,分子动力学模拟及结合自由能计算研究[A];中国化学会第26届学术年会化学信息学与化学计量学分会场论文集[C];2008年

7 张辉;李全伟;李英;李志强;;泡沫液膜的分子动力学模拟及泡沫析液机制的研究[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年

8 徐爱进;周哲玮;胡国辉;;固体平板上超薄水膜润湿过程的分子动力学模拟[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

9 张继伟;卞富永;施国军;徐四川;;多巴胺在细胞膜中扩散和透过分子动力学模拟研究[A];第八届全国化学生物学学术会议论文摘要集[C];2013年

10 赵克杰;陈常青;;铜单晶中纳米孔洞生长尺度效应的分子动力学模拟[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 ;曙光超级计算机缩短病毒研究时间[N];中国电子报;2006年

2 记者 耿挺;铝如何对人体造成伤害[N];上海科技报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 张云安;微尺度下单晶硅疲劳失效机理的分子动力学模拟研究[D];国防科学技术大学;2014年

2 于华;蛋白质—肽相互作用的分子动力学模拟研究[D];浙江大学;2015年

3 张仕通;层状复合金属氢氧化物理论模拟分子力场的建立及其结构拓扑转变研究[D];北京化工大学;2015年

4 冯婷婷;几种重要疾病蛋白和抑制剂相互作用机理的分子动力学模拟研究[D];中国科学技术大学;2015年

5 郑耀庭;金属表面初期氧化行为的原位拉曼实验及分子动力学模拟[D];华东理工大学;2015年

6 冯文玲;电离、电子贴附解离和氧负离子—甲烷分子反应的从头算动力学模拟[D];中国科学技术大学;2016年

7 刘金峰;发展和应用分块的量子化学方法进行生物大分子性质计算和动力学模拟[D];华东师范大学;2016年

8 马义丁;拥挤环境下的高分子扩散动力学[D];中国科学技术大学;2016年

9 孙浩;糖原合成酶激酶-3β结构与功能的动力学模拟研究[D];浙江大学;2009年

10 陈林;极端嗜热蛋白结构与功能的分子动力学模拟研究[D];吉林大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 杨梁;流场中微纳颗粒受力特性的分子动力学模拟研究[D];浙江大学;2015年

2 袁军;NPT系综下应用ABEEM-7P水分子模型对水的动力学模拟[D];辽宁师范大学;2015年

3 高亚;分子在ITQ-3分子筛内扩散行为的分子动力学模拟[D];中北大学;2016年

4 王丹丹;纳米孔道内分子扩散性质的分子动力学模拟[D];中北大学;2016年

5 李X;受限纳流体的分子动力学模拟与DNA检测[D];东南大学;2015年

6 许兆林;粗糙固体表面对流动与传热影响机理的分子动力学模拟研究[D];东南大学;2015年

7 孙丹丹;C_(60)、脂质纳气泡与类细胞膜作用的分子动力学模拟研究[D];东南大学;2015年

8 张志明;CDK2的分子动力学模拟研究[D];吉林大学;2016年

9 刘晓光;分子动力学模拟研究1,4-二氢吡啶衍生物对钙离子通道的抑制机理[D];吉林大学;2016年

10 伊力亚尔·海米提;金属团簇的熔化行为的分子动力学模拟研究[D];新疆大学;2015年

  本文关键词：纳米液膜传递特性的分子动力学模拟，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：476440