水和二氧化碳體系的分子模擬研究.pdf

1、選擇固定點(diǎn)電荷的柔性模型和合適的勢能函數(shù)，優(yōu)化得到了水分子勢能函數(shù)的參數(shù)。與其它模型相比較，本模型增加了氫原子的L-J作用和考慮了水的鍵長和鍵角變化，得到的結(jié)果比較理想。然后采用NVT-GEMC和CBMC方法在很寬的溫度范圍內(nèi)計(jì)算了水的氣-液相平衡、飽和壓力、第二維里系數(shù)、結(jié)構(gòu)特征、自擴(kuò)散系數(shù)和在超臨界區(qū)域的壓力，并分別與文獻(xiàn)計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行了廣泛的比較，說明本模型在預(yù)測水的各種性質(zhì)時(shí)比較準(zhǔn)確。本模型對水的飽和液相密度計(jì)算的準(zhǔn)確性有較大提

2、高，并且得到了合理的第二維里系數(shù)和水的徑向分布函數(shù)。計(jì)算得到的水的臨界性質(zhì)比現(xiàn)有的柔性模型都有很大的改進(jìn)。在計(jì)算超臨界條件下水的壓力-密度時(shí)，不論壓力和溫度多高，本模型計(jì)算結(jié)果都很準(zhǔn)確，體現(xiàn)了其優(yōu)異性；而在計(jì)算自擴(kuò)散系數(shù)時(shí)，當(dāng)壓力不太高時(shí)計(jì)算的結(jié)果也比較理想。最后還討論了水分子在氣態(tài)、液態(tài)和超臨界條件下擴(kuò)散系數(shù)不同的原因。本模型可以運(yùn)用到化學(xué)工程的分離方面。 采用全柔性的二氧化碳分子模型計(jì)算得到二氧化碳的相圖及其它熱力學(xué)性質(zhì)。該

3、模型和已經(jīng)存在的模型有較大的區(qū)別，主要是本模型考慮了原子電荷的影響，鍵長和鍵角改變的作用。在選擇了適合二氧化碳體系的勢能函數(shù)及優(yōu)化獲得參數(shù)后，采用NVT-GEMC計(jì)算了二氧化碳的相圖，計(jì)算得到的飽和液體和氣體的密度很理想，飽和壓力的計(jì)算也有較大的改進(jìn)，預(yù)測到的臨界性質(zhì)基本與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致。并且采用NVT-MD模擬了二氧化碳分子在超臨界條件下的結(jié)構(gòu)特征，得到了二氧化碳分子在超臨界下的非線型結(jié)構(gòu)，即T-二聚體、凹型二聚體和平行二聚體，解釋了二

4、氧化碳分子在超臨界狀態(tài)下具有偶極距的原因。最后還計(jì)算了二氧化碳在恒溫條件下不同壓力時(shí)的自擴(kuò)散系數(shù)，得到在壓力13 MPa左右時(shí)計(jì)算的結(jié)果很準(zhǔn)確，但隨著壓力的升高誤差也隨之增加。最后討論了二氧化碳、甲烷、氦、丙烷等分子的擴(kuò)散行為，從分子角度解釋了相同溫度下氣態(tài)時(shí)擴(kuò)散快，液體時(shí)擴(kuò)散慢的原因。這些性質(zhì)對化工分離和傳質(zhì)很有用途，可以為化工設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)。 采用NPT-GEMC法計(jì)算了CO2/H2O系的氣.液相平衡熱力學(xué)性質(zhì)和二氧化碳