均相與非均相氣泡-液滴成核密度泛函理論研究.pdf

1、液滴（氣泡）成核在化工過程中普遍存在，對(duì)相變過程中成核機(jī)理進(jìn)行研究，在科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域均具有重要意義。本文從不同分子間相互作用出發(fā)，以密度泛函理論為基礎(chǔ)，結(jié)合其他相關(guān)的統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論及成核理論，研究了均相和非均相成核過程中液滴（氣泡）的微觀結(jié)構(gòu)變化，分析了液滴（氣泡）成核的界面張力、自由能壘、臨界成核半徑等性質(zhì)，主要內(nèi)容如下:
　　 (1)構(gòu)建了全局性密度泛函理論模型。計(jì)算了Ar的全局性相平衡和汽液界面張力，得到了臨界μ指數(shù);研

2、究了Ar在過飽和條件下形成液滴所產(chǎn)生的彎曲界面張力，由此得到體系的Tolman長度;分析了液滴成核過程中的自由能變化;預(yù)測(cè)了Ar的成核速率，與經(jīng)典成核理論相比，預(yù)測(cè)精度大大提高。
　　 (2)構(gòu)建了混合流體的密度泛函理論模型，計(jì)算了Lennard-Jones流體混合物壓力-組成相平衡曲線和不同壓力下的汽液界面張力，計(jì)算結(jié)果與分子模擬數(shù)據(jù)一致;由此出發(fā)，研究了不同混合物在疏溶劑板上的氣體富集和溶劑耗損現(xiàn)象;計(jì)算了不同混合流體在疏溶

3、劑板上的氣泡成核自由能，分析了氣體富集與氣泡成核的關(guān)系，確定了氣泡自發(fā)成核的條件。
　　 (3)通過引入統(tǒng)計(jì)締合流體理論，建立了能夠描述實(shí)際流體混合物的密度泛函理論模型。預(yù)測(cè)了N2-H2O體系的相平衡曲線和界面張力，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值一致;討論了溫度和固體板的疏水性對(duì)水中溶解空氣在疏水板面富集程度的影響;研究了空氣-水體系在不同疏水板上的氣泡成核自由能，確定了其自發(fā)形成穩(wěn)定氣泡的條件，為解釋納米氣泡形成機(jī)理提供了直接理論依據(jù)。

4、　　 (4)構(gòu)建了三維密度泛函理論，研究了Lennard-Jones流體在固體表面液滴成核過程，完整體現(xiàn)了固體表面與汽液彎曲界面對(duì)液滴內(nèi)密度波動(dòng)的共同影響;分析了不同固體表面屬性對(duì)液滴微觀結(jié)構(gòu)的影響，計(jì)算了液滴非均相成核過程中的自由能變化及臨界成核半徑。
　　 (5)將三維密度泛函理論拓展應(yīng)用到混合體系，研究了Lennard-Jones二元流體混合物在固體板上的液滴和氣泡成核。由液滴和氣泡在不同板上的三維密度分布，可直接測(cè)得汽