粗糙壁面上水纳米液滴润湿性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术,研究水纳米液滴在粗糙壁面上的润湿性,探讨壁面形貌、柱高和相面积分数对接触状态和接触角的影响。模拟结果表明,在粗糙度因子相同的情况下,水纳米液滴在栏栅形、方柱矩阵形及凹坑矩阵形三种粗糙壁面上的接触角相差不大。对于疏水性壁面,当柱高较小时,水纳米液滴的接触状态为Wenzel模式;当柱高较大时,接触状态为Cassie模式,随着柱高的增加,接触角逐渐增大。在不同的相面积分数下,接触状态始终处于Cassie模式;随着相面积分数的增加,接触角逐渐减小。对于中性壁面,水纳米液滴的接触角随柱高变化不大,接触状态均为Wenzel模式。当相面积分数较小时,接触状态为Wenzel模式;当相面积分数较大时,接触状态为Cassie模式,接触角基本不变。对于亲水性壁面,当相面积分数较小时,水纳米液滴的接触状态为Wenzel模式;当相面积分数较大时,接触状态为Cassie模式。在不同的柱高下,接触状态均为Wenzel模式。     

含有纳米颗粒的悬浮纳米液滴蒸发特性的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学模拟方法,研究单个含有固体金属纳米颗粒的悬浮纳米液滴的蒸发特性。模拟结果表明,含有金属纳米颗粒的悬浮球形纳米液滴,在蒸发过程中基本保持球形不变;模拟温度越高,金属纳米颗粒的质量分数越大,纳米流体液滴的球形度越小。当蒸发过程开始时,纳米流体液滴的蒸发速率很大,而且模拟温度越高,蒸发速率越大,随后,蒸发速率急剧下降;随着蒸发过程的进一步进行,蒸发速率缓慢下降。金属纳米颗粒的种类和质量分数,对悬浮纳米流体液滴的蒸发速率影响不大。     

纳米水滴在光滑壁面上润湿行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术,研究了纳米水滴在光滑壁面上的润湿行为规律。模拟结果表明,壁面宽度、厚度以及水分子数对接触角及汽—液界面厚度的影响不大。随着壁面作用势能的减小,接触角线性增大;当壁面作用势能为1.674 k J/mol时,接触角约为90°。随着温度的提高,汽—液界面厚度逐渐增大;疏水壁面的接触角随温度的提高而逐渐增大;对于中性壁面,温度对接触角影响不大;亲水壁面的接触角随温度的提高而逐渐减小。     

正烷醇在二氧化碳中无限稀释扩散的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法研究了298 K和10 MPa下,正烷醇(甲醇至正癸醇)在近临界二氧化碳中无限稀释扩散。结果表明,模拟得到的二氧化碳的扩散系数与相近条件下的文献值相近,因此,进一步预测了正烷醇的扩散系数。     

悬浮Ar-CH4纳米液滴蒸发过程的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学模拟方法,研究了Ar-CH4二元混合物体系的悬浮纳米液滴的蒸发行为。模拟结果表明,当蒸发过程开始时,混合物纳米液滴的球形度迅速减小;之后,维持在一定的球形度数值上波动。在整个蒸发过程中,纳米液滴基本为球形;模拟温度越高、液滴初始直径越小,球形度越小;甲烷的摩尔分数对球形度的影响不大。在蒸发过程的初期,混合物纳米液滴的蒸发速率较大,且随模拟温度的升高而增大,随液滴初始直径和甲烷摩尔分数的增大而减小。随着蒸发时间的延长,蒸发速率先急剧减小;然后,再缓慢减小。气体空间内惰性组分的加入,并不影响混合物纳米液滴的蒸发速率。     

正十六烷发酵产生柠檬酸的研究

通过试验筛选出产柠檬酸较高的菌种解脂复膜孢酵母１４６０菌和适宜培养基，确定了适宜的菌种起始浓度和底物浓度，证实谷氨酸对产生柠檬酸的促进作用。     

正十六烷纳米液滴在光滑壁面上润湿行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术,研究了正十六烷纳米液滴在光滑壁面上的润湿行为规律。模拟结果表明,壁面厚度、长度(或宽度)、截断半径及分子数对接触角的影响不大。随着壁面作用势能的增大,接触角线性减小;当壁面作用势能为0.5 k J/mol时,接触角约为90°。随着模拟温度的提高,接触角逐渐减小。     

正十六烷发酵产生柠檬酸的研究

通过试验筛选出产柠檬酸较高的菌种解脂复膜孢酵母１４６０菌和适宜培养基,确定了适宜的菌种起始浓度和底物浓度,证实谷氨酸对产生柠檬酸的促进作用,对分批培养发酵过程中细胞生长和产物生成速率进行了数学表达。     

正十六烷降解菌的分离、鉴定及降解特性

以正十六烷为唯一碳源进行选择性富集培养,从石油污染土壤中筛选出1株正十六烷降解菌;根据形态观察和自动化鉴定分析,初步确定其为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa);采用气相色谱法测定了其对正十六烷的降解作用。结果表明,该菌株降解正十六烷的作用明显,在pH值为7.0时降解效果最好。     

十六烷/超临界CO2混合体系气泡成核的分子动力学模拟

研究了十六烷/超临界二氧化碳（CO2）混合体系的气泡成核过程。采用全原子分子动力学方法,选择等温-等压系统,使体系的粒子数、压力（P）和温度（T）保持不变,采用exp-6力场描述原子间的相互作用,采用距离判别法识别气泡核,根据气泡成核过程的分子位形跟踪气泡的形成过程。结果表明,降低十六烷/超临界CO2混合体系的P,首先形成了低密度的气泡核,然后CO2分子不断地进入气相,直至系统内部形成含有大量气相分子的气泡。     

正渗透过程中的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,利用Materials Studio 6.0软件模拟计算了H_2O、Na~+、Cl~-在正渗透膜内的扩散系数。同时模拟研究了三种不同环境温度、溶液浓度下,三种粒子在正渗透膜内扩散系数的变化规律。实验结论与模拟结果一致,即溶液浓度不变的情况下,扩散系数随着温度的升高而增大;环境温度不变的情况下,扩散系数随着溶液浓度的增大而减小。     

NPT系综分子动力学模拟水的密度和扩散系数

采用常温常压(NPT)系综分子动力学方法模拟了298.15K、0.1013MPa条件下水的密度和自扩散系数,模拟结果与实验值一致,相对误差分别为1.74%和3.83%。     

高温高压水的分子动力学模拟

采用分子动力学（MD）模拟方法对高温高压水的结构性质和扩散系数进行了研究。结果表明,亚,临界和超临界条件下水分子间的氢键作用比常温常压下明显减弱。水分子的几何构型随温度的升高呈现规律变化,键长逐渐减小,键角逐渐增大。通过分析超,临界状态下水的径向分布函数看出,在一定压力下,径向分布函数峰值随着温度的升高呈现先增大后减小的趋势。扩散系数的模拟结果与文献试验值吻合良好,相对偏差小于5％。     

纳米二氧化锆增强丁腈橡胶力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法建立了纳米二氧化锆增强丁腈橡胶（NBR）复合材料的分子模型,对比分析了外部填充、原位填充以及原位填充且经过偶联化处理三种形态的二氧化锆对NBR力学性能的增强效果,从原子层面探讨了定子橡胶力学性能的内在增强机制。结果表明,相比于纯NBR,三种形态二氧化锆的引入均显著改善了NBR的力学性能。原位填充纳米二氧化锆的表面羟基与NBR形成氢键型偶极相互作用,表面活性偶联剂双-（3-三乙氧基硅烷丙基）四硫化物的加入进一步提供了与橡胶基质之间的化学桥接,从而大大提升了NBR基质的力学性能。与纯NBR体系相比,原位填充且经过偶联化处理的二氧化锆增强NBR的力学性能表现最佳,复合体系的杨氏模量、体积模量和剪切模量均提升得最多。通过界面结合能、非键合能、均方位移和扩散系数的计算,验证了纳米二氧化锆的添加改善了定子橡胶力学性能的结论。     

水基纳米流体传递性质的分子动力学模拟研究

采用平衡分子动力学方法,探讨了系统温度、纳米颗粒的体积分数及能量因子对水基纳米流体的热导率和黏度的影响。模拟结果表明,随着系统温度的升高,水基纳米流体的热导率增大,而黏度减小;水基纳米流体的热导率及黏度均随着纳米颗粒体积分数的增加而增大,当纳米颗粒的体积分数2%时,水基纳米流体的热导率增幅较小;随着纳米颗粒能量因子的增加,水基纳米流体的热导率增大,而黏度基本不变。     

水汽液界面特性的平衡分子动力学模拟

采用SPC模型作为水分子动力学模拟的势能模型,以水分子内各原子作为统计对象进行统计计算,模拟得到其汽液界面特性参数的分布规律。结果表明,随着温度的升高,汽相主体密度增加,汽液界面厚度增大,液相主体密度降低,界面张力逐渐减小,液相主体区域势能的势阱深度也逐渐降低。随着模拟分子数的增加,液相主体密度增加,汽液界面厚度稍有增大。随着截断半径的增加,液相主体密度增加,汽液界面厚度变化不大。     

硅烷防护材料的分子动力学模拟及试验

通过分子动力学模拟三种硅烷材料在水泥毛细孔隙中的传输过程,并通过毛细吸水试验、接触角测定进行试验验证.模拟发现,硅烷羟基部分通过离子键与C-S-H界面连接,烷基部分指向孔道中心,降低界面亲水性.同时硅烷分子之间会形成团簇体,抑制通道中水分子传输.试验结果与模拟结果基本吻合.接触角测试表明,涂覆硅烷材料后,水泥试块的接触角增大,其中涂覆辛基三乙氧基硅烷的试块接触角达到130°左右.毛细吸水试验结果表明,涂覆辛基三乙氧基硅烷的试块在48 h后的吸水量仅为165 g·m-2,比未处理的试块吸水量(789 g·m-2)降低了79％左右.甲基三乙氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷也具有一定的防水效果,但吸水量比涂覆辛基三乙氧基硅烷的试块稍多.     

一株正十六烷降解菌的分离鉴定及其降解性能研究

从长沙某长期受油料污染土壤中驯化筛选得到一株正十六烷降解菌YJ1,经形态特征、生理生化特征、16S rDNA序列分析及系统发育树分析等对其进行鉴定,初步确定菌株YJ1属于短芽孢杆菌属(Brevibacillus)。并通过单因素实验研究了不同培养条件(初始pH值、培养温度、接种量和正十六烷初始浓度)对菌株YJ1生长的影响及其对正十六烷的降解性能。确定菌株YJ1的最适培养条件为:初始pH值7、培养温度30℃、接种量10%、正十六烷初始浓度10 mL·L~(-1)。在最适条件下培养15 d,菌株YJ1对正十六烷的降解率可达66.7%,降解效果良好。     

液体水的分子动力学模拟

采用ＳＰＣ水模型在２５℃下对水进行了正则系综的分子动力学模拟,考察了液态水的平衡、结构和扩散性质。计算了水的原子对径向分布函数、配位数并同Ｘ射线衍射实验值作了对比,模拟结果与实验值吻合良好。氢键分析表明每个水分子的氢键配位数约为３．６６,氢键键角为１６５°。扩散性质的模拟与实验值的吻合也基本良好。模拟表明ＳＰＣ水模型是一个形式简单又能反映体系本质的位能,本文工作为今后更复杂水溶液体系的模拟打下了良好的基础。     

纳米结构表面液体沸腾传热的分子动力学模拟

为了从纳米尺度了解表面结构和润湿性对池沸腾液体与固体壁面的传热性能,本文采用分子动力学方法研究了超亲水至超疏水不同润湿性的液体氩在光滑表面和含凹、凸半球纳米结构表面的沸腾传热过程,分析了三种表面上液氩在受热过程的形态、温度、热流密度等相关参数的变化情况。结果表明,液氩层沸腾过程大致可分为液氩层吸附于固体表面和液氩层从壁面脱离两个加热阶段,当液氩层吸附于固体表面时,温度升高、热流密度及气态氩原子产生速度均大于液氩层脱离壁面时的情况,在这两个阶段亲水表面上氩原子温度变化有明显的拐点,而疏水表面在两个阶段加热过程相差不大。亲水表面上的微结构能吸附更多液氩原子,促进了气泡产生及加速温度、热流密度的变化,而在疏水及超疏水微结构表面,微纳结构与液氩间的气膜层促进了气泡产生,计算结果为池沸腾传热及微结构选择提供了理论依据。