液滴在固体表面润湿性的分子动力学模拟

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shen41941395
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表面润湿性是生活生产中常见的一种自然现象,对于固体表面凝结换热的换热性能有很大影响,同时,它对流体流动的研究也有重要意义,尤其是流动的特征尺度减小后,润湿性的作用将会变得更加明显。润湿性主要由液滴在固体表面的接触角来表征。目前,接触角的测量方法有很多,本文使用的分子动力学模拟方法准确性高,能获取分子结构信息和分子作用信息等分子水平的特征,从而可以深入分析影响接触角的分子水平因素,这些优势使得分子动力学方法备受关注。  本文给出了分子动力学模拟的主要步骤。分子动力学模拟方法首先要确定待模拟的系统,给定初始条件,然后选择合适的力场和边界条件,根据该力场表达式计算出系统中的每个分子所受的力以及分子间的相互作用能,从而确定一个步长后分子的位置及速度。待系统达到平衡后就能求得体系的宏观性质和基本规律。分子动力学模拟的关键是选择合适的势函数和确定初始条件。结合分子动力学模拟的流程,本文分析了使用分子动力学模拟器NAMD模拟时所需要的各个文件的主要内容以及其中一些主要参数的意义。  另外,本文使用NAMD首先对SPC/E液体进行了模拟,分析并建立了模拟所需的各个文件,模拟完成后验证了系统的平衡并计算出液滴的密度和原子对径向分布函数,通过对比实验结果得到模拟结果与实际相符合。然后又对不同参数的SPC/E液滴和Pt固体模型二元体系进行了模拟,通过分析确定了模拟体系中分子的初始位置、初始速度、分子所受各项作用力和作用参数以及模拟的参数。模拟完成后,首先给出了一种根据模拟结果计算接触角的详细方法,并使用该方法计算出了不同模拟参数对应的接触角,通过对计算结果的分析可以得到,SPC/E液滴在Pt固体模型表面的接触角受固液间相互作用力参数的影响最显著,受温度的影响较小,液滴初始形状和初始半径也对接触角有较大影响。
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