基于密度泛函理论和分子动力学模拟的纳米结构周围汽/液相变研究

发布时间：2020-12-19 22:29

　　随着纳米制造技术的快速发展,纳米结构周围的汽/液相变问题成为了相变传热领域的研究热点之一。由于纳米结构的尺寸过于微小,传统的实验手段和宏观的理论模型很难对纳米结构周围的汽/液相变的初始阶段进行有效研究。为了更好地理解相变机理以服务于实际应用,本文将采用密度泛函理论和分子动力学模拟的方法,对纳米颗粒周围的液汽相变和纳米柱阵列表面的汽液相变进行研究。首先,本文利用密度泛函理论对均匀温度场下单个纳米颗粒周围的汽泡成核进行计算。比较两种可能的异相成核模式(球冠模式和核壳模式)的成核路径和成核势垒;研究了颗粒润湿性和液体过饱和度对成核势垒的影响;对经典成核理论的结果和密度泛函理论的结果进行了比较。结果显示,球冠模式成核在大多数情况下具有比核壳模式成核更低的成核势垒,因而更容易发生;颗粒润湿性的减弱和液体过饱和度的增大均能降低成核势垒;与密度泛函理论相比,经典成核理论能定性描述成核势垒的某些特性,但是定量上是不准确的。然后,利用分子动力学方法研究温度场不均匀情况下单个纳米颗粒周围的液汽相变。探讨了温度梯度对于汽泡构型以及汽泡生长特性的影响;研究了大温度梯度下颗粒润湿性对于颗粒周围液汽相变的影响。结... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

自然界及生产生活中的汽/液相变[1]

a) 球冠模式 b) 核壳模式a) spherical cap mode b) core-shell mode图 1-2 纳米颗粒周围两种异相成核模式Fig. 1-2 Two heterogeneous nucleation modes around a nanopart颗粒作为热源时，其周围的流体必然存在温度梯度。在面上的液体温度）给定时，颗粒周围的温度梯度大小主米颗粒浓度、纳米颗粒尺寸等因素影响。当流体中纳米 1-3 所示的集体加热效应（collective heating effects）[于向外界的散热较少，每个颗粒释放的热量相当于仅用图中边长为 a 的立方体）。当颗粒浓度较高时，平均颗粒需要加热的流体体积也较小，此时颗粒周围的温度梯理论分析，颗粒半径减小也会导致颗粒周围的温度梯度中，各种大小的温度梯度都可能出现。当流体中的温度场视为均匀。

上海交通大学硕士学位论文用可以为镜面反射、漫反射、Lennard-周围存在着同模拟盒子相同的镜像盒子界，同时与位于边界另一侧的镜像原子有两点需要注意。1）周期性边界条件必如 x 方向的左边界必须和 x 方向上的右期性边界条件时，所设计维度的模拟盒是为了防止粒子和粒子的镜像同时和另截断半径的引入主要目的是减小计算量间的相互作用将被忽略。

【参考文献】：
博士论文
[1]均相与非均相气泡/液滴成核密度泛函理论研究[D]. 周迪.北京化工大学 2012
[2]受限流体热/动力学性质的分子模拟和密度泛函理论研究[D]. 李英峰.清华大学 2011

硕士论文
[1]液体吸附层对固\液界面热阻影响的数值与理论研究[D]. 王旭.上海交通大学 2016



本文编号：2926683