隨著溢油事件的頻繁發(fā)生,油水分離問題已經變得非常迫切。由于對油和水具有鮮明相反親和力,特殊浸潤性表面已成功用于選擇性油水分離,并顯示出誘人的應用前景。因此,對水或油在固體表面上潤濕性的研究極為重要。本文采用分子動力學模擬方法,利用LAMMPS軟件研究了水納米液滴、水-油混合納米液滴在光滑及粗糙壁面上的潤濕特性,探討了水納米液滴在聚四氟乙烯(PTFE)壁面上的潤濕過程,并對粗糙壁面進行了優(yōu)化模擬。對于光滑壁面,水納米液滴的接觸角隨能量系數(shù)的增大而減小。當壁面表現(xiàn)為疏水性時,接觸角隨溫度的升高而增大;當壁面表現(xiàn)為中性時,接觸角幾乎不受溫度的影響;當壁面表現(xiàn)為親水性時,接觸角隨溫度的升高而減小。水分子數(shù)對接觸角的影響并不大。此外,汽-液界面厚度隨溫度升高而增大,與水分子數(shù)、壁面能量系數(shù)基本無關。對于粗糙壁面,當壁面表現(xiàn)為疏水性時,水納米液滴的接觸角隨柱高的增加而增大;隨相面積分數(shù)的增加,納米液滴的接觸角先增大后減小,液滴潤濕狀態(tài)由Wenzel態(tài)逐漸轉變?yōu)镃assie態(tài)。當壁面表現(xiàn)為中性或親水性時,水納米液滴的接觸角隨柱高、相面積分數(shù)變化不明顯,其潤濕狀態(tài)均為Wenzel態(tài)。對于光滑PTFE壁面,水納米液滴接觸角隨溫度的升高而增大,與液滴初始直徑基本無關。對于欄柵形PTFE壁面,水納米液滴的接觸角隨粗糙度因子先增加然后保持不變,隨相面積分數(shù)的減小而增大。通過對模擬條件進行優(yōu)化,水納米液滴在PTFE壁面上的接觸角達到145.6°,接近超疏水狀態(tài)。隨溫度、正十六烷體積分數(shù)的增加,水-油混合納米液滴的接觸角呈總體增加的趨勢。對于疏液壁面,柱高越大接觸角越大;隨凹陷寬度的減小,混合納米液滴的接觸角先增大再減小。對于親液壁面,隨凸起高度的增加,接觸角呈總體增加的趨勢;接觸角隨凹陷寬度的變化沒有明顯規(guī)律。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O645.16
【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 文獻綜述
    1.1 研究背景及意義
    1.2 潤濕相關理論
    1.3 分子動力學模擬簡介
        1.3.1 分子動力學模擬的基本原理
        1.3.2 分子動力學模擬的步驟
        1.3.3 力場與勢函數(shù)的選取
        1.3.4 牛頓運動方程的數(shù)值解法
        1.3.5 系綜的選取
        1.3.6 周期性邊界條件與最近鏡像
        1.3.7 截斷半徑的選取
    1.4 國內外研究現(xiàn)狀
        1.4.1 純組分納米液滴在光滑及粗糙壁面上的潤濕性研究
        1.4.2 混合物納米液滴在固體壁面上的潤濕性研究
        1.4.3 納米液滴在聚合物固體壁面上的潤濕性研究
    1.5 本文主要研究內容
2 水納米液滴在光滑壁面上潤濕性的MD模擬
    2.1 模擬方法
        2.1.1 模擬體系
        2.1.2 模擬細節(jié)
        2.1.3 勢能模型的選取
        2.1.4 汽-液界面厚度及接觸角的確定
    2.2 結果與討論
        2.2.1 水分子數(shù)的影響
        2.2.2 能量系數(shù)的影響
        2.2.3 溫度的影響
    2.3 本章小結
3 水納米液滴在粗糙壁面上潤濕性的MD模擬
    3.1 模擬方法
    3.2 結果與討論
        3.2.1 壁面形貌的影響
        3.2.2 柱高的影響
        3.2.3 相面積分數(shù)的影響
    3.3 本章小結
4 水納米液滴在聚四氟乙烯壁面上潤濕性的MD模擬
    4.1 模擬方法
        4.1.1 模擬體系
        4.1.2 模擬細節(jié)
        4.1.3 勢能模型的選取
    4.2 水納米液滴在光滑PTFE壁面上的潤濕行為
        4.2.1 溫度的影響
        4.2.2 液滴初始直徑的影響
    4.3 水納米液滴在粗糙PTFE壁面上的潤濕行為
        4.3.1 粗糙度因子的影響
        4.3.2 相面積分數(shù)的影響
        4.3.3 最佳潤濕狀態(tài)
    4.4 本章小結
5 水-油混合納米液滴潤濕性的MD模擬
    5.1 模擬方法
        5.1.1 模擬體系
        5.1.2 模擬細節(jié)
        5.1.3 勢能模型的選取
    5.2 水-油混合納米液滴在光滑壁面上的潤濕行為
        5.2.1 溫度的影響
        5.2.2 正十六烷體積分數(shù)的影響
    5.3 水-油混合納米液滴在粗糙壁面上的潤濕行為
        5.3.1 柱高的影響
        5.3.2 凹陷寬度的影響
    5.4 本章小結
6 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝

【參考文獻】

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