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溴化锂溶液性质的分子动力学模拟

唐静  
【摘要】:在工业领域,热泵在节能方面得到越来越广泛的应用。工质对的性质对热泵性能有着至关重要的影响,传统上我们总是从实验出发,得到热泵工质对的性质和开发新工质,具有一定的盲目性,同时一些极端条件下的实验数据很难得到,所以实验有一定的局限性。随着计算机技术的发展,分子模拟方法已成为和实验相平行的一种方法,得到广泛的应用。本文应用水的SPC/E模型,Li+的Lybrand Ghosh McCammon力场和Br+的Aqvist力场对常用的热泵工质对LiBr-H2O的微观结构和宏观性质进行了分子动力学模拟,研究了水及溴化锂溶液的微观结构,扩散系数,焓和热容等有关性质。 首先,对纯水进行了模拟,得到与实验相符合的径向分布函数,结果表明,随着温度的升高,水中的氢键遭到减弱与破坏,液体水的有序性逐渐降低。扩散系数随着温度的升高而增大,其值略小于实验值。得到的焓值和热容略大于实验值。总之简单的SPC/E模拟液体水的各种特性有一定的可信度。 其次,模拟溴化锂溶液,得到了一些无法通过实验得到的微观结构特征。粒子与粒子间力的强弱排序为:Li+ Br-Li+H2OBr-H2OH2OH2O,Li+和Br-较强的静电作用严重破坏了原来纯水中水分子之间的氢键作用。在一定条件下,能在模拟盒子中直接观察到溶液的气液界面动态结构,气液界面主要分布着水分子,水分子不断通过界面进入和离开,形成动态平衡,Br-比Li+更接近于界面。模拟得到粒子与粒子间相互作用随温度和溴化锂浓度的变化趋势,与文献结果相符。随着温度的升高和溴化锂浓度的减小,溴化锂溶液的扩散系数逐渐增大,离子的水化使溶液中水的扩散系数减小。本文模拟了溴化锂溶液的热力学性质,得到的焓值和热容总是比实验值略大,这说明现在所用的模型高估了溴化锂溶液的能量。


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