水是生命之源,對人類的生存和生態(tài)可持續(xù)起到了重要的作用。水的蒸發(fā)是水循環(huán)中最重要的環(huán)節(jié)之一,是水資源再生的重要途徑。在自然界和工業(yè)生產(chǎn)、人類生命活動(dòng)中,水的蒸發(fā)幾乎無處不在。從17世紀(jì)開始,科學(xué)家們就開始了對蒸發(fā)的一系列研究,借助實(shí)驗(yàn)手段觀測蒸發(fā)的同時(shí),也提出了許多與蒸發(fā)量及其影響因素相關(guān)的理論模型。隨著研究水平的不斷提高,研究尺度的不斷縮小,大量的研究發(fā)現(xiàn)微觀條件下界面水的蒸發(fā)與宏觀水體的蒸發(fā)具有明顯不同的特性。在微觀納米尺度下界面水會(huì)受到來自表面的相互作用以及水分子之間的相互作用,這就使得水的蒸發(fā)會(huì)受到更多因素的影響,從而水的蒸發(fā)變得更加復(fù)雜。此外,深入研究納米尺度下水的動(dòng)力學(xué)行為（如水中的熱噪聲及水分子的轉(zhuǎn)動(dòng)行為等）不僅有助于理解納米尺度下水分子的蒸發(fā)性質(zhì),對于理解各種生化過程也具有十分重要的作用。影響界面水蒸發(fā)的因素有很多,比如最常見的溫度、表面親疏水性、表面熱傳導(dǎo)性、表面粗糙度、蒸發(fā)溶液的組成等等。本文利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法,首先研究了納米尺度下溫度對于少量水在平整親水表面上蒸發(fā)的影響。對于體相水而言,水的蒸發(fā)速率隨溫度呈指數(shù)變化。然而我們的研究發(fā)現(xiàn),在納米尺度下,薄水層的... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景
        1.1.1 水蒸發(fā)的重要性
        1.1.2 水蒸發(fā)及相關(guān)過程中的動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展
        1.1.3 水蒸發(fā)的影響因素
    1.2 論文的研究方法和內(nèi)容
        1.2.1 研究方法
        1.2.2 研究內(nèi)容
    1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)
第2章 研究方法簡介
    2.1 引言
        2.1.1 分子動(dòng)力學(xué)的模擬步驟
    2.2 分子動(dòng)力學(xué)中的相互作用
        2.2.1 成鍵相互作用
        2.2.2 非成鍵相互作用
    2.3 水分子模型
    2.4 分子動(dòng)力學(xué)中的積分方法
    2.5 周期性邊界條件
    2.6 熱力學(xué)系綜
        2.6.1 NVE系綜
        2.6.2 NVT系綜
        2.6.3 NPT系綜
第3章 溫度對少量水在平整親水表面蒸發(fā)的影響
    3.1 引言
    3.2 模擬體系與方法
        3.2.1 模型的構(gòu)建
        3.2.2 模擬參數(shù)的設(shè)置
    3.3 模擬結(jié)果與討論
        3.3.1 不同溫度下完全均勻的親水表面上水蒸發(fā)速率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果
        3.3.2 不同溫度下最外層水分子的能量統(tǒng)計(jì)
        3.3.3 不同溫度下最外層水分子的氫鍵性質(zhì)
        3.3.4 不同溫度下最外層水分子的轉(zhuǎn)動(dòng)性質(zhì)
        3.3.5 采用不同電荷晶格參數(shù)的底板模型驗(yàn)證
    3.4 本章小結(jié)
第4章 溫度對少量水蒸發(fā)影響的進(jìn)一步分析——溫度和分子轉(zhuǎn)動(dòng)、氫鍵及熱噪聲的關(guān)聯(lián)
    4.1 引言
    4.2 模擬體系與方法
    4.3 模擬結(jié)果與討論
        4.3.1 不同溫度下水中熱噪聲與氫鍵及水分子轉(zhuǎn)動(dòng)行為的比較
        4.3.2 水分子的轉(zhuǎn)動(dòng)對于周圍氫鍵網(wǎng)絡(luò)的影響
        4.3.3 水中熱噪聲的矢量方向與水分子偶極方向的比較
        4.3.4 水中熱噪聲的功率譜研究
    4.4 本章小結(jié)
第5章 表面粗糙度對親水表面上少量水蒸發(fā)的影響
    5.1 引言
    5.2 模擬體系與方法
        5.2.1 模型的構(gòu)建
        5.2.2 模擬參數(shù)的設(shè)置
    5.3 模擬結(jié)果與討論
        5.3.1 粗糙度的選取及主要影響因素
        5.3.2 不同粗糙表面上少量水的蒸發(fā)速率及水分子分布情況
        5.3.3 不同粗糙底板上最外層水分子的能量統(tǒng)計(jì)
        5.3.4 穩(wěn)定分布在表面凹陷部分時(shí)最外層水分子的形態(tài)分析
        5.3.5 電荷量為0.4e的粗糙底板上少量水的蒸發(fā)
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 主要內(nèi)容總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]蒸發(fā)脫鹽技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用[J]. 李瑞民,孔松濤,王堃.  廣東化工. 2015(09)
[4]蒸發(fā)脫鹽技術(shù)在工業(yè)廢水中的應(yīng)用及發(fā)展方向[J]. 王德龍,王官均,張博廉,汪廷洪,操衛(wèi)平.  廣東化工. 2013(18)
[5]Asymmetric transportation induced by thermal noise at the nanoscale[J]. WAN RongZheng,HU Jun & FANG HaiPing*Division of Interfacial Water and Laboratory of Physical Biology,Shanghai Institute of Applied Physics,Chinese Academy of Sciences,P.O.Box 800-204,Shanghai 201800,China.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2012(05)



本文編號：3167453