悬浮纳米液滴蒸发行为的分子动力学模拟

发布时间：2017-10-29 17:26

  本文关键词：悬浮纳米液滴蒸发行为的分子动力学模拟

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【摘要】：悬浮液滴蒸发是一种普遍的自然现象,广泛存在于化工、制药和燃烧等领域。在喷雾干燥过程中,悬浮液滴的蒸发速率是干燥设备效率的关键,另外,汽油直喷式汽车发动机中悬浮燃料液滴的燃烧完全程度受液滴蒸发速率的影响,并将直接影响到热量产生的多少和排出废气的成分。实际上,蒸发现象是以液滴群的形式出现的,而研究单个悬浮液滴的蒸发行为是其基础。单液滴蒸发的研究主要集中在宏观液滴的蒸发,通常通过实验的方法进行研究。很多宏观物理量都建立在连续性假设上,但当液滴的直径达到纳米尺寸时,连续性假设不再成立。而且现有的实验设备不能进行纳米液滴蒸发的研究。随着计算机计算能力的迅速提高,采用模拟的方法研究悬浮纳米液滴蒸发成为现实,本文拟采用分子动力学模拟技术,利用LAMMPS软件研究纯氩液滴、Ar-CH4混合物液滴和含有金属颗粒氩液滴这三种类型纳米液滴的蒸发行为,为悬浮纳米液滴的蒸发提供初步的理论支持。分子动力学的模拟结果表明,三种类型的悬浮球形液滴在蒸发过程中都基本保持球形,模拟体系温度越高,模拟原子数越少,液滴中固体颗粒质量分数越大,球形度越小。模拟参数对不同的统计物理量影响各异。统计体系密度分布时,网格尺寸对其影响很显著；统计液相原子数时,势能函数中的截断半径对其影响尤为关键。因此,在模拟过程中截断半径是关键参数。对于悬浮纳米球形氩液滴的蒸发,模拟体系温度越高,液滴初始直径越小,蒸发速率越大。对于氩和甲烷的二元混合物液滴,液滴中甲烷摩尔分数越小,总蒸发速率越大；模拟体系温度越高,初始直径越小,悬浮纳米液滴蒸发速率越大；气相中的惰性组分对悬浮纳米液滴蒸发速率没有影响。对于含有固体颗粒的悬浮纳米液滴,模拟体系温度越高,蒸发速率越大。含固体颗粒的纳米液滴的蒸发速率略小于纯氩的蒸发速率。
【关键词】：分子动力学 模拟 纳米液滴 蒸发
【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】：TQ028.61
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-30
• 1.1 液滴组分简述10-12
• 1.2 液滴蒸发概述12-16
• 1.2.1 液滴蒸发基本机理12-13
• 1.2.2 研究方法13-14
• 1.2.3 影响蒸发的因素14-15
• 1.2.4 蒸发速率的表示方法15-16
• 1.3 纳米液滴特性16-17
• 1.4 分子动力学模拟17-26
• 1.4.1 分子动力学介绍17-19
• 1.4.2 几个技术问题的处理19-23
• 1.4.3 宏观性质的统计方法23-26
• 1.5 研究现状26-29
• 1.5.1 纯组分悬浮纳米液滴蒸发行为的分子动力学模拟研究现状26-27
• 1.5.2 悬浮混合物液滴蒸发行为的分子动力学模拟现状27-28
• 1.5.3 含固体颗粒纳米液滴蒸发行为的分子动力学模拟28-29
• 1.6 本文研究内容29-30
• 2 悬浮纳米氩液滴蒸发行为的分子动力学模拟30-47
• 2.1 平衡分子动力学模拟30-40
• 2.1.1 模拟体系30
• 2.1.2 模拟细节30-31
• 2.1.3 势能函数31-33
• 2.1.4 模拟过程33-35
• 2.1.5 模拟盒子尺寸影响35-36
• 2.1.6 网格尺寸的影响36-37
• 2.1.7 截断半径的影响37-39
• 2.1.8 模拟原子数的影响39-40
• 2.2 非平衡分子动力学模拟40-46
• 2.2.1 温度的影响40-43
• 2.2.2 初始直径的影响43-46
• 2.3 本章小结46-47
• 3 悬浮纳米Ar-CH_4混合物液滴蒸发行为的分子动力学模拟47-59
• 3.1 平衡分子动力学模拟47-52
• 3.1.1 模拟体系47
• 3.1.2 模拟细节47-48
• 3.1.3 势能函数48-49
• 3.1.4 截断半径的影响49-50
• 3.1.5 密度分布和界面厚度50-52
• 3.2 非平衡分子动力学模拟52-57
• 3.2.1 温度影响52-54
• 3.2.2 液滴初直径影响54-55
• 3.2.3 甲烷摩尔分数的影响55-57
• 3.2.5 惰性组分的影响57
• 3.3 本章小结57-59
• 4 含有金属颗粒的纳米液滴蒸发行为的分子动力学模拟59-67
• 4.1 平衡分子动力学模拟59-61
• 4.1.1 模拟细节59-60
• 4.1.2 势能函数60
• 4.1.3 截断半径的影响60-61
• 4.2 非平衡分子动力学模拟61-66
• 4.2.1 温度影响61-63
• 4.2.2 颗粒种类的影响63-64
• 4.2.3 质量分数的影响64-66
• 4.3 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74

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本文编号：1113976