發(fā)布時(shí)間：2017-05-29 18:04

  本文關(guān)鍵詞：超臨界CO_2體系擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究和分子動(dòng)力學(xué)模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 流體的擴(kuò)散系數(shù)與其許多物性參數(shù)相互關(guān)聯(lián),是科學(xué)研究、工程開發(fā)和過(guò)程設(shè)計(jì)不可缺少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鑒于超臨界流體分子間相互作用的復(fù)雜性,從理論上進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)仍存在較大的難度。同時(shí)苛刻的測(cè)試條件使得超臨界流體擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定十分困難。采用分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬方法預(yù)測(cè)超臨界流體擴(kuò)散系數(shù)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 考慮到極性溶劑做為夾帶劑在超臨界流體應(yīng)用中的重要性,本文應(yīng)用泰勒分散理論,采用超臨界色譜儀,對(duì)超臨界萃取中重要的極性?shī)A帶劑甲醇和乙醇在超臨界二氧化碳中無(wú)限稀釋擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定,并分析了擴(kuò)散系數(shù)隨壓力及溫度的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在臨界壓力點(diǎn)附近,擴(kuò)散系數(shù)對(duì)壓力高度敏感。本文的MD模擬選用COMPASS力場(chǎng),應(yīng)用周期性邊界條件,平衡動(dòng)力學(xué)過(guò)程及分析動(dòng)力學(xué)過(guò)程分別采用NPT及NVE系綜。恒溫采用Andersen算法,恒壓采用Parrinello-Rahman方法,起始速度采用Boltzmann隨機(jī)分布。分別從系綜、力場(chǎng)、截?cái)喟霃�、步長(zhǎng)、時(shí)間及模擬分子數(shù)等方面,對(duì)超臨界CO2自擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算過(guò)程及參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了研究及優(yōu)化,并對(duì)超臨界CO2的自擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算。將本文的計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道值比較表明,MD模擬可以準(zhǔn)確計(jì)算超臨界CO2的自擴(kuò)散系數(shù),并可用于分析其隨溫度和壓力的變化規(guī)律。本文還對(duì)非極性溶質(zhì)如苯和萘進(jìn)行了在超臨界CO2中的無(wú)限稀釋擴(kuò)散系數(shù)模擬計(jì)算,與文獻(xiàn)值的平均相對(duì)偏差在5%以內(nèi)。為與本文實(shí)驗(yàn)測(cè)定值對(duì)比,還對(duì)常用的極性?shī)A帶劑甲醇和乙醇在超臨界CO2中的無(wú)限稀釋擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算。本文的模擬計(jì)算結(jié)果、本文第二章中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)綜合比較,結(jié)果表明,以上三方面數(shù)據(jù)吻合較好,且變化規(guī)律基本一致。 本文研究結(jié)果表明,分子動(dòng)力學(xué)方法可以較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)超臨界CO2自擴(kuò)散系數(shù)、極性及非極性溶質(zhì)在超臨界CO2中的無(wú)限稀釋擴(kuò)散系數(shù),可以為超臨界CO2研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：分子動(dòng)力學(xué)模擬 擴(kuò)散系數(shù) 超臨界流體 分散法測(cè)定
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：O645
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文獻(xiàn)綜述8-24
• 1.1 超臨界流體技術(shù)與超臨界擴(kuò)散現(xiàn)象8-12
• 1.1.1 超臨界流體技術(shù)8-11
• 1.1.2 超臨界流體擴(kuò)散現(xiàn)象11-12
• 1.2 超臨界擴(kuò)散系數(shù)實(shí)驗(yàn)方法12-14
• 1.2.1 似穩(wěn)態(tài)測(cè)量法12-13
• 1.2.2 非穩(wěn)態(tài)測(cè)量（只在試驗(yàn)終了時(shí)分析結(jié)果）13
• 1.2.3 非穩(wěn)態(tài)測(cè)量（不斷或間歇地分析擴(kuò)散池內(nèi)濃度）13-14
• 1.2.4 其它方法14
• 1.3 超臨界色譜技術(shù)14-15
• 1.4 分子模擬計(jì)算技術(shù)15-23
• 1.4.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬的發(fā)展歷史16-17
• 1.4.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬的進(jìn)展17-23
• 1.4.2.1 位能模型的發(fā)展17-20
• 1.4.2.2 長(zhǎng)程力的計(jì)算技術(shù)20-21
• 1.4.2.3 運(yùn)動(dòng)方程解法21-23
• 1.4.3 并行計(jì)算的發(fā)展23
• 1.5 本文研究意義23-24
• 第二章 擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定24-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法及原理24-31
• 2.1.1 液相擴(kuò)散系數(shù)24-25
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)原理25-29
• 2.1.2.1 Taylor 分散理論25-27
• 2.1.2.2 Taylor 分散法測(cè)定無(wú)限稀釋擴(kuò)散系數(shù)原理27-28
• 2.1.2.3 Taylor 分散法適用條件28-29
• 2.1.3 超臨界色譜原理29-31
• 2.1.3.1 分配系數(shù)和分配比29-30
• 2.1.3.2 色譜流出曲線30-31
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及操作31-34
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置31-33
• 2.2.2 試劑33
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)33-34
• 2.2.3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備33
• 2.2.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟33-34
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析34-37
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理34
• 2.3.2 溫度的影響34-36
• 2.3.3 壓力的影響36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算方法及分子動(dòng)力學(xué)原理38-44
• 3.1 擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算方法與模型38-40
• 3.1.1 無(wú)限稀釋擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算方法38-39
• 3.1.2 一般溶液擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算方法39-40
• 3.2 分子動(dòng)力學(xué)原理40-44
• 3.2.1 分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)原理41-42
• 3.2.2 Einstein 方程42-43
• 3.2.3 速率自相關(guān)函數(shù)43-44
• 第四章 擴(kuò)散系數(shù)的分子動(dòng)力學(xué)模擬44-67
• 4.1 基本原理及計(jì)算方法44-49
• 4.1.1 確定系綜44
• 4.1.2 建立位能模型44-46
• 4.1.3 選擇力場(chǎng)46-47
• 4.1.4 建立分子運(yùn)動(dòng)方程47-48
• 4.1.5 初始化位型48
• 4.1.6 引入周期性邊界條件48
• 4.1.7 位能截?cái)?/span>48-49
• 4.1.8 結(jié)果分析49
• 4.2 擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算49-53
• 4.2.1 建立初始結(jié)構(gòu)，初建模型49-50
• 4.2.2 建立元胞的過(guò)程50
• 4.2.3 元胞能量最小化50
• 4.2.4 平衡動(dòng)力學(xué)過(guò)程50-52
• 4.2.5 分析動(dòng)力學(xué)過(guò)程52-53
• 4.3 模擬結(jié)果與討論53-66
• 4.3.1 超臨界CO_2 自擴(kuò)散系數(shù)53-58
• 4.3.1.1 截?cái)喟霃降倪x取53-55
• 4.3.1.2 時(shí)間步長(zhǎng)的確定55
• 4.3.1.3 平衡時(shí)間的確定55
• 4.3.1.4 模擬分子數(shù)的選擇55-56
• 4.3.1.5 計(jì)算結(jié)果及與文獻(xiàn)值比較56-58
• 4.3.2 苯和萘在超臨界CO_2 中無(wú)限稀釋擴(kuò)散系數(shù)58-60
• 4.3.2.1 截?cái)喟霃降倪x取59
• 4.3.2.2 計(jì)算結(jié)果及與文獻(xiàn)測(cè)定值比較59-60
• 4.3.3 甲醇和乙醇在超臨界CO_2 中無(wú)限稀釋擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算60-66
• 4.3.3.1 模擬計(jì)算結(jié)果61
• 4.3.3.2 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比61-63
• 4.3.3.3 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)值對(duì)比63-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第五章 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-75
• 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明75-76
• 致謝76

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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本文編號(hào)：405386