旋转电磁效应对海水结构和动力学性质影响机制的研究

发布时间：2020-07-30 06:55

【摘要】： 海水淡化是解决水资源短缺的一条重要途径,目前,海水淡化技术多集中在试验和工艺规律性阶段上,缺乏理论支撑。本课题组提出的基于旋转耦合电磁理论海水淡化方法中,影响因素多且复杂,急需从理论上阐明各工艺参数的作用机理。分子动力学的方法可以从理论上对海水淡化过程进行解释,模拟基于旋转耦合电磁理论海水淡化方法中各个因素对海水结构和动力学性质的影响,从而确定对海水淡化有利的条件。采用分子动力学软件ME(Materials Explorer),模拟了海水近似溶液的对相关函数(PCF)、配位数、均方位移(MSD)和自扩散系数,得到海水近似溶液的结构和动力学性质。分析了基于旋转耦合电磁理论的海水淡化技术中磁场、温度和浓度三个主要因素对海水近似溶液的结构和动力学性质的影响,表明对海水近似溶液结构和动力学性质影响最大的磁场强度是0.045T,温升有利于海水淡化的进行,浓度对海水近似溶液的结构和动力学性质影响较大。通过X射线衍射从实验上研究了海水近似溶液的结构,并与分子动力学模拟模拟结果对比,提出了修正的布拉格方程。不同条件下海水近似溶液的X射线衍射结果与分子动力学模拟结果吻合。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P747
【图文】：

原理图,多级闪蒸,原理图

其中，蒸馏法分为多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(ME)和法包括反渗透法(RO)和电渗析法(ED)，结晶法分为冷冻法淡化方法有许多种，但多年的实践表明，真正实用的海水淡多效蒸馏、压汽蒸馏、电渗析和反渗透等方法，目前工业上闪蒸、反渗透、多效蒸馏等。其中又以前两种方法为主，它场份额的 85%以上[3,4]。级闪蒸多级闪蒸是目前主流的淡化技术。所谓闪蒸是使热压力较低的空间内，由于环境压力低于受热原料水的温度所，此时原料水过热水而急速地部分汽化，产生蒸汽，经冷凝这一原理可做成多级闪蒸海水淡化装置，将经过加热的海水逐渐降低的闪蒸室中进行蒸发，将蒸汽冷凝而得到淡水。其示。目前全球海水淡化装置仍以多级闪蒸方法产量最大，安全性高、弹性大，主要与火电站联合建设，适合于大型和主要在海湾国家采用，单机容量可达 45~57km3/d。多级闪蒸热蒸汽外，要消耗电能 4~5kW·h/m3，用于海水的循环和流体

海水淡化装置,电磁理论

a)装置原理框图 b)电磁致热部分截面图图 1-6 基于旋转耦合电磁理论的海水淡化装置1.3 分子动力学模拟在海水淡化中的应用现状事实上，目前尚无将分子动力学用于海水淡化方面的研究，但是分子动学方法在溶液结构和动力学性质分析方面的应用已经很成熟，海水作为一种殊的溶液，可以通过分子动力学方法来模拟。一直以来海水淡化过程尤其是分离法海水淡化过程缺乏理论上的支撑，分子动力学模拟方法为海水淡化过从理论上进行解释提供了可能。Lightstone 等人[28]用第一原理分子动力学研究水中的镁离子。模拟得到对相关函数曲线，镁离子的出现并没有使得镁离子周围的第一水化圈水分子第二水化圈水分子之间的距离有明显的减少，氧氧对相关函数峰值均出现2.8 左右。周健等人[29]采用 MD 方法对温度 298.15K 无限稀释条件下锂离子钠离子、钾离子、氟离子及氯离子五种单个离子的水化现象进行了研究。孙炜等人[30]采用 MD 方法研究了浓度对氯化钠溶液的影响，模拟发现，

基本单元,单元,截断半径

图 2-1 基本单元和假想单元图 2-2 最小镜像准则2.3.4 长程作用力的处理截断半径以外采用 Ewald 长程校正，Ewald 加和法[67]为 Ewald 于 1921 年所提出，最初用以计算离子晶体的能量。此方法选定一计算系统盒子，盒中的粒子除了与盒中其他的粒子作用外，亦与所有其镜像系统中的粒子作用。镜像系统与计算系统的结构完全相同。是处理离子及其所有周期性映像离子间相互作用长程静电力的有效方法，其核心思想是在真实空间里处理截断半径内的作用，在倒易空间里处理截断半径以外的长程力。长程静电作用势能可写作：11 11`2N Nqqi j ijni ju q q r = = = + ∑ ∑∑rnur r(2-7)式中，iqjq 表示电荷数，为简化计算，上述表达式中省略了因子04πε 。的加和是对所有周期性立方盒子进行，nr( , ,)x y zn =n L n L n Lr，其中xn ，，ynzn 为整数，为模拟盒子的边长。表示不计算L`∑rn =0r时i = j的情况。

【参考文献】