氟化物势能函数和热力学性质的分子模拟研究进展

发展干法铀纯化工艺对我国核能产业发展至关重要,但一直受基础热力学数据缺失的限制。因分子模拟方法具有高效、环保、经济的预测特性,为解决以上挑战提供了机遇。本文归纳总结了分子模拟计算物质热力学性质的多种方法,系统地介绍了模拟计算中不同力场和势能函数的发展情况和优势/缺陷,指明了对氟化物体系的适用性。随后,综述了氟化物热力学性质的分子模拟进展,分析并评价了力场与势能函数选择对计算结果的影响,表明与温度相关的分子间势能函数(TDIP)在第二维里系数、黏度和气液共存性质等的模拟中展现的较高模拟效率和准确性。为进一步提升计算数据的准确性,尚有很多基础科学问题需要解决。因此,本文最后对分子模拟方法在氟化物热力学领域的发展进行了展望,以期为工艺设计提供实践基础。     

带电硬哑铃流体的分子热力学

Chemical potentials of charged hard-dumbbell fluids are obtained by Monte Carlo simulations using Widom‘s test-particle method, corresponding compressibility factors are achieved by integration of chemical potentials at different densities. A molecular thermodynamic model is also developed for these charged hard-dumbbell fluids where the residual Helmholtz function is composed of two terms: a reference term responsible for the charged hard spheres and a bonding contribution measuring the sticky interactions between positive and negative hard ions.Model predictions are in good agreement with simulation results.     

用分子模拟和微扰理论研究超临界NaCl-H2O体系热力学性质

用MC分子模拟方法研究了超临界NaCl-H₂ O体系的径向分布函数和化学势 ,并用考虑硬球、色散和偶极 -偶极作用项的微扰理论公式计算了相同体系的化学势 .结果表明两种方法计算的化学势基本相符     

应用分子聚集理论计算金属熔体的热力学性质

首先导出聚集硬球分子模型状态方程,并应用该方程计算五种金属熔体饱和气的密度,取得满意的结果。还应用克拉贝龙方程,蒸汽压方程和状态方程计算了金属熔体的汽化潜热,所得结果与实验数据符合良好。     

煤焦油热力学性质的研究进展

简述了煤焦油组成及分析方法,综述了密度、分子量、临界性质、蒸汽压、气液相平衡、比热、熵、固液相平衡等物化数据及热力学性质的测量、估算及研究进展。指出建立煤焦油物性数据包,可为煤焦油研发和工程设计提供参考。     

高分子溶液的分子热力学进展

综述了近年来高分子溶液分子热力学领域的一些进展,认为与密度有关的模型,如状态方程,是该领域发展总的趋势,同时,迫切需要更精确、全面的实验数据。在该领域的研究中,分子模拟将发挥重要作用。     

分子动力学模拟中氦分子势函数的应用

为了能够在关于氦的分子动力学的模拟中准确地使用其势函数,并确定其量纲1分子间相互作用力,通过对比分析可用于氦的势函数的数学形式和使用条件,指出虽然标准Lennard-Jones（LJ-12-6）势函数的物理意义清晰、形式简化、应用广泛,但对于氦而言,分子间的排斥力不再适宜采用原子中心间距r的-12次方的形式,而更适合采用指数形式的排斥项。在具有指数形式排斥项的势函数中,EXP-6势函数较好地反映了液氦原子间的多体相互作用,其吸引项是van der Waals吸引力的主要组成部分;Bruch-McGee组合半经验势函数多具有分段函数的形式,在模拟过程中转变为分子间作用力的过程和最终的形式较复杂;而Tang-Toennies势函数更适合于描述低密度氦气的性质。通过将势函数的物理参数量纲1化,确定量纲1分子间相互作用力,目的是可以在随后的分子动力学模拟中依使用条件采用。     

热力学函数和热力学体系

化工热力学是一门研究化工生产过程的重要方法论和科学;如何运用这门科学分析化工生产中的问题,必须灵活地运用热力学函数关系、熟练地掌握参考状态对热力学函数值的影响和合理地界定热力学体系的特点,讨论、研究化工生产中的具体问题。     

分子模拟在热力学教学中的应用——以扩散运动为例

大学物理中的热力学教学部分,在教学内容方面,其知识点相对力学部分具有理论性强和更加抽象性的特点。在教学过程中,通过引导学生参与实践分子模拟实验,将抽象复杂的理论问题利用计算模拟形象展示,以分子扩散运动为例,解释了宏观性质与微观结构的关系,达到更好地理解相关概念和知识点的目的。通过实施实践教学,发现学生对这部分知识点及相关知识的掌握更加深,自主学习的主动性得到了增强。     

三元链状分子系统液液平衡的Monte Carlo模拟和分子热力学模型

在格子模型基础上,采用构型偏倚蒸发法（CBVM）对三元链状分子系统的液液平衡进行了Monte Carlo模拟,分别考查了分子链长和链节间相互作用参数对相区的影响。模拟发现,在保持交换能参数一定的情况下,互溶区随高分子之一的链长的增加而减小。在各组分链长不变的情况下,分相区随交换能的减小而增加。修正的Freed模型（RFT）可较满意地再现模拟结果,而Ftory—Huggins模型总是过低地估计互溶区。RFT模型可满意地关联和预测苯-庚烷-二甘醇系统的二元和三元液-液平衡数据。     

花生壳纤维增强PBS复合材料的制备及性能

以废弃花生壳纤维作为一种增强材料,采用熔融共混法制备了聚丁二酸丁二醇酯/花生壳纤维(PBS/F)复合材料,通过XRD、POM、SEM、DSC以及万能试验机分析了复合材料的结晶性能、热性能及力学性能,并采用分子模拟及XPS对其性能的改变进行了验证。结果表明,花生壳纤维的添加并没有改变PBS的晶型,但作为成核剂参与了PBS的结晶过程,促进了复合材料的结晶,缩短了复合材料的结晶时间。当花生壳纤维添加量为PBS质量的5%时,其成核作用最强,作为\"桥梁\"镶嵌在复合材料中,结合分子间相互作用使得复合材料的热性能及力学性能较纯PBS有所增强。分子模拟结果表明,花生壳纤维与PBS形成了C==O···H—O,从而增强了两者的界面结合。     

基于分子模拟的低温煤焦油中酚类化合物的溶解特性

低温煤焦油中酚类化合物溶解行为及机理研究是其高效分离的基础。本文以焦油中的典型组分为研究对象,借助混合能参数,模拟计算各组分与酚类化合物的相溶性;在焦油模型中,借助相互作用能、径向分布函数计算及电子密度分析,探究酚类化合物的溶解机理。结果表明:①焦油中各组分物质苯环上取代基基团、苯环数量等结构特征是影响酚类化合物在焦油中溶解行为的关键;②酚类化合物在各组分中的溶解行为受到缔合作用的影响,缔合作用越大、空间位阻效应越小,酚类化合物与其他组分相溶性越强;③模型焦油中,苯酚与苯、苯并噻吩之间缔合作用力均为π-π堆积作用力,苯酚与正己烷、吲哚之间缔合作用力分别为CH-π堆积作用力和N—H···O氢键。     

由各向同性双势能测定含有CO2的稀二元混合物的传输性质简

The present work is concerned with extracting information about intermolecular potential energies of binary mixtures of CO2 with C2H6, C3H8, n-C4Hlo and iso-C4Hlo, by the usage of the inversion method, and then predicting the dilute gas transport properties of the mixtures. Using the inverted pair potential energies, the Chap- man-Enskog version of the kinetic theory was applied to calculate transport properties, except thermal conductivity of mixtures. The calculation of thermal conductivity through the methods of Schreiber et al. and Uribe et al. was discussed. Calculations were performed over a wide temperature range and equimolar composition. Rather accurate correlations for the viscosity coefficients of the mixtures in the temperature range were reproduced from the pre- sent unlike intermolecular potential energies. Our estimated accuracies for the viscosity are within ±2%. Acceptable agreement between the predicted values of the viscosity and thermal conductivity with the literature values demon- strates the predictive power of the inversion scheme. In the case of thermal conductivity our results are in favor of the preference of Uribe et al.＇s method over Schreiber et al.＇s scheme.     

As_nP_(4-n)(n=1-3)分子结构和性质的理论研究

为了提供杂原子四面体AsnP4-n(n=1-3)的更多的结构和性质方面的信息,利用B3LYP/6-311++G**理论研究了P4,AsP3,As2P2,As3P和As4分子在气相的几何体结构并进行了解析振动频率的分析。采用Dmol3程序在GGA,BLYP/DNP和LDA,PWC/DNP理论水平上研究了五个分子的能量和电离势,通过分析能量得出了五个分子的稳定性是依次减弱;通过比较电离势的大小得出五个分子失电子的能力依次增强。基于统计热力学,求得温度298.15~1000.00K范围五个分子的熵、热熔,焓及吉布斯自由能的大小。     

基于第一原理力场预测热力学参数的探讨

讨论用第一原理全原子力场计算热力学参数的可行性.新开发的TEAM力场;在用气、液相基本性质验证后;不加任何参数调整;直接用于计算具有代表性的几个分子液体在不同热力学状态下的密度、蒸发焓、混合焓、亨利常数、饱和蒸气压等热力学参数.初步结果表明:液体密度和蒸发焓的预测结果良好;在较大范围内可获得与实验数据相吻合的结果;而混合焓的准确预测需要纯液体内聚能的高精度模拟数据;亨利常数的计算对液体的密度极为敏感.后两种性质的计算均可用全原子力场但需要高质量的力场参数.为了采用全原子力场计算气液相平衡数据;提出了一种半经验的、基于积分Clausius-Clapeyron方程的循环自洽方法计算液体的饱和蒸气压.     

优化温度相关力场预测正构烷烃热力学性质

为了实现不同温度下正构烷烃及其混合物热力学性质的准确预测,以正构烷烃（n-C₄~C₁₀）为训练集,通过对全原子OPLS-AA力场中非键相互作用参数（ε）的模拟优化,得到了ε与对比温度（T_r）以及正构烷烃碳原子个数（N_C）的经验关系式。利用该关系式计算出不同温度不同种类的正构烷烃的ε值,预测了正构烷烃纯物质及其混合物的黏度、密度、扩散系数等物性,并将新力场模拟计算值与理论估算值以及实验值进行比较。结果表明,采用优化温度相关力场预测烷烃及其混合物的物性与实验值最为吻合。密度、黏度和扩散系数的预测值与实验值的相对偏差分别小于2%、5%和10%,显著优于目前的理论方法和原OPLS-AA力场模拟计算的预测值。上述温度相关力场参数的确立,对于利用分子动力学模拟方法准确地预测正构烷烃及其混合物的热力学性质具有重要的实际应用价值。