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，對相變過程中成核機理進行研究，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)測了Ar的成核速率，與經(jīng)典成核理論相比，預(yù)測精度大大提高。
　　 (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)計締合流體理論，建立了能夠描述實際流體混合物的密度泛函理論模型。預(yù)測了N2-H2O體系的相平衡曲線和界面張力，結(jié)果與實驗值一致;討論了溫度和固體板的疏水性對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液滴內(nèi)密度波動的共同影響;分析了不同固體表面屬性對液滴微觀結(jié)構(gòu)的影響，計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，可直接測得汽