流體自擴散特性與表面潤濕性的分子動力學研究.pdf

1、隨著自然科學及工程技術向微型化發(fā)展，納米尺度下流體輸運性質研究備受國內(nèi)外關注。當流體特征尺度達到納米量級時，那些在宏觀尺度上所得出的流體性質將不再成立，須從分子水平重新認識其微觀機理。流體自擴散特性與表面潤濕性是納米科學技術研究中的重要問題。自擴散系數(shù)是反映流體輸運特性的重要參數(shù)，很難采用實驗手段測量得到。并且，作為流體輸運性質的另一重要方面，流體在固體表面的潤濕特性對微流體流動減阻具有重要工程應用前景。為此，本論文采用分子動力學方法研

2、究了納米尺度下流體的自擴散特性及其在固體表面的潤濕特性。
　　基于分子動力學方法分別建立了自由空間和納米尺度受限空間內(nèi)流體的自擴散模型，采用徑向分布函數(shù)對流體微觀結構進行了表征，模擬了流體在這兩種體系下的自擴散系數(shù)并進行了對比分析，同時從分子水平分析了溫度、密度和受限尺度對自擴散系數(shù)的影響。對于納米尺度受限流體，重點研究了壁面特性對其自擴散特性的影響。研究結果表明：流體無論是否受限，其分子密集度均隨溫度的降低、密度的增加而增加，且

3、受限更能增強分子密集程度；流體自擴散系數(shù)均隨溫度的升高而增加，隨密度的增加而逐漸減小，但在受限空間中，隨著受限尺度的增大，自擴散系數(shù)逐漸增大，且其值始終小于相同溫度和密度條件下自由空間所對應值。在納米尺度受限空間中，壁面附近流體分子的自擴散范圍遠小于中心區(qū)域的流體分子；當壁面密度接近流體密度時，流體自擴散系數(shù)達到最大，并且較強的固流勢能作用能明顯減弱流體分子的自擴散行為。
　　另外，本文以平板形納米通道為研究對象，建立了納米通道內(nèi)

4、流體在固體表面潤濕特性的分子動力學模型，模擬了流體與固體壁面之間的接觸角，并結合流體分子在納米通道內(nèi)的分布及變化規(guī)律，重點探討了壁面特性對潤濕特性的影響。研究結果表明：當固流勢能作用較強時，流體分子在壁面附近呈現(xiàn)出層狀的有序性分布，增加壁面密度可增強這種有序性；當固流勢能作用較弱時，壁面附近的流體分子數(shù)大大減少，容易導致低密度區(qū)和空隙的形成，此時壁面密度的增加可使低密度化和空隙化程度降低。隨著固流勢能作用的增強，流體與壁面的接觸角逐漸減