收藏本站
收藏 | 论文排版

纳米尺度下液滴蒸发的分子动力学研究

章佳健  
【摘要】:液滴蒸发是自然界和工业中常见的一种现象,比如“咖啡环效应”和乙醇-水的混合蒸发。这些常见的现象都与液滴与固壁界面之间的相互作用有关,而蒸发又与润湿性、表面张力、接触线移动、相变转化、液滴内部的流动和液气界面上的蒸发动力学相互耦合。因此,液滴蒸发是一个复杂的、多领域相互交叉的问题。本文采用分子动力学(Molecular dynamics,简称MD)的方法研究纳米液滴的蒸发现象,主要工作和成果如下:(1)研究了各向异性界面对纳米液滴蒸发的影响。为了方便起见,模拟中采用了纳米液柱,液气粒子之间的相互作用采用Lennard-Jones势函数。界面的各向异性是通过两种等宽度但不同化学类型的交替条纹实现的,不同的条纹与液滴之间的接触角是不同的。本文的模拟是通过加热固壁使得液滴蒸发,而不是在等温状态下的液滴蒸发。研究表明,整个蒸发过程以非均匀蒸发效应为主,在蒸发初期体积膨胀和局部蒸发效应起着重要的作用。在整个蒸发过程中液滴的质量不是均匀减少的,而是以一种指数衰减的方式减少。从纳米尺度的观点来看,接触线的缓慢移动在钉扎过程中是确实存在的,本文的数值模拟也证实了这一现象。因此,纳米尺度下的钉扎现象与宏观所假设的完全静止不动的钉扎现象是不同的。研究还表明,蒸发过程中接触线的速度不仅与两条相邻条纹间的固有能垒有关,还与蒸发速率有关。一般来说,固有能垒越大,接触线移动速度越慢。在特定的温度下,当固有能垒小于临界能垒时,接触线的移动速度随着蒸发速率的增大而增大。而当固有能垒大于临界能垒时,第一次和第二次钉扎过程中接触线的移动速度仅由固有能垒决定,不再受蒸发速率的影响。(2)研究了各向异性界面上纳米柱状液滴的蒸发。界面的各向异性是通过两种等宽度但不同化学类型的交替条纹实现的,主要探讨了条纹宽度和基底温度对液滴蒸发过程中接触角、接触半径和传热传质的影响。研究表明,条纹宽度主要影响液滴形貌的变化,而基底温度则主要影响液滴的传热传质。当条纹宽度较大时,液滴蒸发会发生CCA-CCR模式的转变。而当条纹宽度减小到6.65σl时,液滴蒸发只会出现CCR模式。当条纹宽度进一步减小到1.9σl时,此时液滴蒸发行为与在各向同性界面上的蒸发行为类似,只会出现CCA模式。对于整体的传热传质,结果显示,提高基底温度能够促进液滴更快蒸发并提升单位面积的质量流。此外,液滴的初始蒸发速率与基底温度近似成正比。而对于局部传热传质,结果显示,三相接触线附近局部质量流和局部热流得到促进和抑制的分界线大致在96°~101°,偏离理论的90°,这是由于三相接触线附近的吸附层导致的。当接触角大于分界线时,液滴在三相接触线附近的传热传质得到抑制,反之则得到促进。(3)研究了二元纳米柱状液滴在各向同性界面上的蒸发。二元液滴包含二种组分,其中一种是亲水性粒子(type-2),还有一种是疏水性粒子(type-3)。为了研究表面张力和润湿特性对二元液滴蒸发的影响,本文主要研究两个参数:液液相互作用强度(ε23)和亲水粒子质量分数(φ)。研究表明,ε23和φ对平衡态的接触角(θ)和表面张力(γLV)有很大的影响。在蒸发过程中影响松弛时间(p-1)的因素主要有两个:ε23和φo φ和ε23越大,则p-1越小,表明二元液滴蒸发达到稳态的速度越快。影响二元液滴蒸发和冷凝速率的因素也有两个:θ和γLV。θ和γLV越大,则二元液滴蒸发和冷凝速率越慢。对于局部传质,三相接触线附近的质量流加强与抑制的边界在θ≈102°~106°,明显偏离90°,且ε23越小,偏离越大。这种差异是由TPCL附近的吸附层导致的。在整个二元液滴蒸发模拟中,没有观察到钉扎(Pinning)现象。本文的结果显示当ε23≥ 1.0时,二元液滴的蒸发模式是CCA模式。而当ε23=0.9时,φ越趋近0.5,则二元液滴的蒸发行为越接近CCA模式,否则二元液滴的蒸发模式就越像mixed模式。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前16条
1 王宝和;强伟丽;于志家;;粗糙壁面上水纳米液滴润湿性的分子动力学模拟[J];河南化工;2019年09期
2 罗熙淳,梁迎春,董申;单晶铝纳米切削过程分子动力学模拟技术研究[J];中国机械工程;2000年08期
3 沙健,沈飙,郭骅;纳米液滴——一种新型介观物质[J];化学世界;1998年01期
4 韩强;祁影霞;;纳米通道内气体流动特性的分子动力学研究[J];能源工程;2017年06期
5 王禹贺;祁影霞;韩强;;壁面粗糙度及弯曲纳米通道对气体流动特性影响的分子动力学研究[J];制冷技术;2018年01期
6 冷岳峰;王嵩博;刘运宇;李强;;基础油中金刚石纳米颗粒润滑性能和导热性能的分子动力学分析[J];润滑与密封;2021年05期
7 毛鹏;高山;刘志春;刘伟;;结构高度对纳米液滴碰撞壁面过程的影响[J];工程热物理学报;2021年02期
8 倪浩浩;丁建国;范进;邵传东;;纳米轴承运动特性的分子动力学模拟[J];工程热物理学报;2018年12期
9 周峰;段春争;于同敏;;流体在纳米通道中流动分子动力学研究进展[J];微纳电子技术;2013年05期
10 刘天庆;孙玮;李香琴;孙相彧;艾宏儒;;纳米结构表面上部分润湿液滴合并诱导弹跳的理论研究[J];物理学报;2014年08期
11 郭林凯;王磊;;高应变率压缩下温度对纳米多孔铜变形的影响[J];计算机仿真;2017年12期
12 邓佳佳;许健;卢金树;;静止液态甲烷饱和单液滴蒸发量与蒸发时间[J];煤气与热力;2020年07期
13 朱朋哲;房丰洲;;基于多尺度方法的单晶硅纳米切削[J];黑龙江科技学院学报;2012年04期
14 曹炳阳,陈民,过增元;纳米结构表面浸润性质的分子动力学研究[J];高等学校化学学报;2005年02期
15 郭彦军;杨晓京;秦思远;周哲;;非晶层对单晶锗纳米切削影响的分子动力学研究(英文)[J];稀有金属材料与工程;2022年02期
16 李昱鹏;郭振;刘霞;霍磊;雷明凯;;等离子体纳米织构化聚合物表面的液滴蒸发机制[J];中国表面工程;2021年05期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 王帅;王超;陈少华;;除湿功能表面的仿真设计[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集(上)[C];2018年
2 仇虎;郭万林;;纳米受限体系的动力学和调控[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集(上)[C];2018年
3 钱胜;王瑞金;朱泽飞;;纳米颗粒分布影响纳米流体蒸发的分子动力学模拟[A];第十届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2018年
4 高雪峰;;高效传热传质纳米界面材料研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十一分会:胶体与界面化学[C];2016年
5 高鹏飞;赵文辉;袁岚峰;杨金龙;;甲烷在纳米孔隙中的吸附行为研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第一分会:表面物理化学[C];2016年
6 周川;牛莉莎;;对双层级纳米结构表面润湿性的分子动力学研究[A];北京力学会第二十二届学术年会会议论文集[C];2016年
7 吴国章;;基于动态渗流效应的纳米粒子复合熔体分子动力学研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2007年
8 周磊;郭雅芳;;{1011}〈1012〉纳米孪晶镁变形机制及力学性质的分子动力学研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
9 胡知力;郭兴明;;嵌入炭纳米线的碳纳米管系统[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
10 王帅;王超;陈少华;;新型纳米输运机理的分子动力学分析[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集(A)[C];2017年
11 赵亚溥;;纳米尺度表/界面力电耦合的分子动力学/第一原理模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
12 鲁红权;张俊乾;;考虑截面不均匀力学性质的纳米线拉伸分子动力学研究[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
13 张福春;牛东校;代彬;张传福;;基于原子力显微镜的离子液体纳米尺度液滴操纵研究[A];2010年海峡两岸环境与能源研讨会摘要集[C];2010年
14 周昊飞;曲绍兴;;纳米结构金属材料强韧性能计算与模拟研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
15 张任良;张文飞;;纳米单晶铜杆压缩时的稳定性研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
16 马彬;饶秋华;贺跃辉;;不同晶向下单晶钨纳米线剪切变形的分子动力学研究[A];第十三届全国物理力学学术会议论文摘要集[C];2014年
17 邢瑞;李凯乐;张允虎;司马杨虎;徐世清;;二氧化硅纳米颗粒对家蚕血细胞和造血功能的影响及机制[A];第十二届家(柞)蚕遗传育种暨良种繁育学术研讨会论文集(摘要汇编)[C];2016年
18 李玉红;吴新平;蒋宁新;林明;高飞;董林;龚学庆;彭路明;;暴露不同晶面氧化物纳米结构的固体核磁共振研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第十五分会:表界面结构调控与催化[C];2016年
19 陈鹏忠;杨清正;;基于有机发光团纳米晶的光捕获体系[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十七分会:光化学[C];2016年
20 陈天虎;谢巧勤;刘海波;庆承松;;纳米矿物与纳米矿物资源[A];2016年全国矿物科学与工程学术研讨会摘要集[C];2016年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 章佳健;纳米尺度下液滴蒸发的分子动力学研究[D];中国科学技术大学;2020年
2 高山;纳米结构表面的液滴传输特性及相变过程研究[D];华中科技大学;2020年
3 陈小燕;纳米通道内流体的分子动力学研究[D];中国科学技术大学;2008年
4 吴雯倩;一维纳米线与填充碳纳米管复合体系结构的分子动力学研究[D];华东师范大学;2013年
5 周晓艳;基于碳纳米管的纳米水泵的设计及机理研究[D];山西大学;2016年
6 刘小龙;半导体纳米线“汽—液—固”生长模式中固液界面性质及其作用的研究[D];北京邮电大学;2013年
7 郭振江;流体中纳米气态结构性质的理论与模拟研究[D];北京化工大学;2019年
8 赵奎文;水通过纳米通道传输行为及物理机制的分子动力学研究[D];上海交通大学;2015年
9 刘雪鹏;纳米晶超晶格的形成机理及力学性能研究[D];中国科学技术大学;2017年
10 沈通;铁纳米颗粒及体材料固液相变过程的分子动力学研究[D];上海大学;2013年
11 鲁晶;不同尺度下纳米TiO_2在水中聚集和沉积特性研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
12 郑斌;基于分子动力学的金属纳米颗粒和纳米线的变形行为研究[D];大连理工大学;2009年
13 张治国;单晶材料纳米级切削机理的研究[D];天津大学;2009年
14 王金石;脆性材料纳米切削机理及高效加工技术的研究[D];天津大学;2019年
15 周鸿剑;纳米金属材料冷焊行为的仿真与实验研究[D];武汉大学;2020年
16 夏畅;金-铂复合纳米结构的纳米加工及单颗粒光散射成像分析[D];西南大学;2020年
17 潘绮雯;透明荧光纳米晶-玻璃复合材料的设计、制备与光学性能研究[D];华南理工大学;2019年
18 黄志;纳米仿生皮肤传热传质特性研究[D];武汉大学;2014年
19 杨猛;聚合物修饰的纳米通道膜中物质的传输及其分析应用[D];湖南大学;2015年
20 隋天一;复合基团改性二氧化硅纳米颗粒的制备及润滑行为研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 侯兆泷;悬浮纳米液滴蒸发行为的分子动力学模拟[D];大连理工大学;2016年
2 张一迪;纳米尺度受限空间内气固耦合效应分子动力学研究[D];华北电力大学(北京);2017年
3 戴明露;碳纳米管/氧化铈纳米添加物对混合燃油液滴蒸发特性的影响试验与仿真研究[D];江苏科技大学;2020年
4 王贤;表面等离子体共振显微镜成像技术在单纳米液滴分析上的应用[D];南京大学;2017年
5 李立昌;固着纳米燃油液滴蒸发过程试验研究与数值模拟[D];江苏大学;2017年
6 陈志宇;纳米燃油悬浮液滴蒸发与着火特性试验研究[D];江苏大学;2020年
7 解令令;基于分子动力学的多晶硅纳米切削加工机理研究[D];沈阳航空航天大学;2013年
8 郭振;等离子体纳米织构化聚合物表面液滴撞击电荷化现象研究[D];大连理工大学;2021年
9 刘璟;电喷雾中带电纳米液滴行为的分子动力学模拟[D];大连理工大学;2012年
10 聂雪川;非平衡扰动驱动的纳米水泵的研究[D];浙江师范大学;2012年
11 余冬海;[110]、[1(?)2]、[1(?)(?)]晶向钨纳米线拉伸微结构演变[D];江西理工大学;2016年
12 包宏伟;纳米线材料拉伸超塑性的分子动力学研究[D];兰州理工大学;2014年
13 潘志亮;纳米晶铁和钽在单向拉伸载荷作用下的分子动力学模拟[D];西北工业大学;2006年
14 石鑫;纳米杆热屈曲与振动特性的分子动力学仿真[D];中国地质大学(北京);2015年
15 蔡美玲;纳米粗糙表面液滴润湿性分子动力学模拟[D];广东工业大学;2021年
16 李文;亲疏水纳米结构对液滴润湿行为及冷凝传热机理的分子动力学研究[D];华北电力大学(北京);2021年
17 孙彦文;基于材料堆积效应的周期纳米结构加工机理及实验研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
18 刁佳伟;具有初始应力的纳米谐振器热弹性衰减特性分析[D];中国地质大学(北京);2020年
19 张银成;基于分子动力学的金属钛纳米振动切削仿真研究[D];沈阳航空航天大学;2016年
20 黄雪;砷化镓(GaAs)纳米线热输运特性的分子动力学研究[D];中国石油大学(华东);2019年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 报道组 罗意;洗手液用上了纳米新材料[N];衢州日报;2020年
2 记者 张楠;纳米颗粒穿越胎盘屏障有玄机[N];中国科学报;2012年
3 记者 闫洁;“碱核”“酸壳”纳米反应器研制成功[N];中国科学报;2012年
4 记者 闫洁;我学者研发出纳米肿瘤诊断新技术[N];中国科学报;2012年
5 原鸣;纳米的由来[N];中国科学报;2014年
6 本报记者 彭科峰;纳米世界:尽现神奇魅力[N];中国科学报;2013年
7 记者 甘晓;纳米科技将引发一场新的工业革命[N];中国科学报;2013年
8 本报记者 童岱;纳米科技:从微观处改变生活[N];中国科学报;2013年
9 通讯员 潘怡蒙;科学家研制出可“百搭”纳米纸[N];中国科学报;2013年
10 本报记者 李惠钰;纳米科技破译人骨“密码”[N];中国科学报;2013年
11 农民日报·中国农网记者 王泽农;纳米农药,植保方式的一场革命?[N];农民日报;2022年
12 广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院院长助理 刘伟 整理 本报记者 赵广立;浅谈纳米科技在新型研发机构的孵化[N];中国科学报;2021年
13 南方日报记者 卞德龙;让纳米科技成果“从纸上走到地上”[N];南方日报;2021年
14 记者 张梦然;可储氢的“纳米巧克力”结构创建[N];科技日报;2021年
15 记者 王春;近红外光照射纳米颗粒可直接产生活性氧[N];科技日报;2022年
16 本报记者 贺春禄;纳米科技让农药变“绿”[N];中国科学报;2014年
17 记者 张好成;哈工大实现“纳米火箭”人为控制[N];中国科学报;2014年
18 本报记者 杨琪;小纳米抵御大火灾[N];中国科学报;2013年
19 本报记者 白毅;纳米毒理学研究待驶入快车道[N];中国医药报;2012年
20 记者 李哲;新型“纳米武器”精准打击癌细胞[N];健康报;2020年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978