液態(tài)氟化物擴(kuò)散及粘度的分子動力學(xué)模擬研究.pdf

1、在能源問題日益嚴(yán)峻的今天，能量密度高、低碳排放、潛在的可持續(xù)發(fā)展的核能的研究與開發(fā)已經(jīng)引起了人們廣泛的關(guān)注。核能包括核聚變能和核裂變能。熔融鹽反應(yīng)堆就是核裂變反應(yīng)堆的一種，液態(tài)氟化物混合鹽在熔鹽反應(yīng)堆中作為冷卻劑、溶劑和載體。作為溶劑和冷卻劑，使得燃料可以溶于其中，簡化反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)，也使得燃料消耗均勻化，而作為載體，它能提供熔融載體，并改善共熔體的物理化學(xué)性質(zhì)，提高熔鹽堆的能量效率，降低意外發(fā)生的幾率，從而使反應(yīng)堆的環(huán)境更加安全。因此，它

2、們的擴(kuò)散性能和流動性能，即擴(kuò)散系數(shù)和粘度引起了人們的關(guān)注。本文用分子動力學(xué)方法，結(jié)合Born-Mayer勢，研究了LiF、NaF、KF這三種氟化物在液態(tài)時的擴(kuò)散性質(zhì)和粘度，重點分析了溫度和壓強(qiáng)對擴(kuò)散系數(shù)的影響，溫度對粘度的影響。
　　本文首先分別計算了LiF、NaF、KF在各溫度下的RDF曲線，預(yù)測了LiF、NaF、KF各自的熔點，并通過晶格能隨溫度的變化結(jié)果來驗證了這個預(yù)測，三種氟化物的熔點均小于實驗值，這主要是由勢函數(shù)所引起的

3、。另外，給體系加壓之后，三種氟化物的熔點都變大了，這是因為體系加壓之后，離子間的距離會變小，離子間的結(jié)合就會變得很強(qiáng)，導(dǎo)致了離子晶體的熔點會因為加壓而變大。本文重點研究了LiF、NaF、KF這三種氟化物在液態(tài)時的擴(kuò)散性質(zhì)。體系未被加上壓強(qiáng)時，三種氟化物的陰離子和陽離子的擴(kuò)散系數(shù)都隨著溫度的升高而增大，并且與實驗值和其他計算結(jié)果都較符合，而體系加上壓強(qiáng)后，擴(kuò)散系數(shù)同樣隨著溫度的升高而增大，但是對于同一個溫度的擴(kuò)散系數(shù)，壓強(qiáng)越大，擴(kuò)散系數(shù)會

4、越小，擴(kuò)散激活能則隨著壓強(qiáng)的增大而變大，與經(jīng)驗規(guī)律一致。對比這三種氟化物的擴(kuò)散系數(shù)時，我們發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量較輕的離子比質(zhì)量較重的離子擴(kuò)散系數(shù)更大，從而更加容易擴(kuò)散。另外，本文還計算研究了LiF、NaF、KF在液態(tài)時的粘度跟溫度的變化關(guān)系。這三種氟化物的粘度都隨著溫度的升高而減小，并與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比。本文的計算結(jié)果與實驗值略有差距，主要是由于本文的熔點比實驗值低一些所導(dǎo)致的。本文還計算了這三種氟化物的粘滯性流變激活能，結(jié)果與實驗結(jié)果均符合的