隨著溢油事件的頻繁發(fā)生,油水分離問題已經(jīng)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(yīng)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(xué)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(jìn)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(dāng)壁面表現(xiàn)為疏水性時,接觸角隨溫度的升高而增大;當(dāng)壁面表現(xiàn)為中性時,接觸角幾乎不受溫度的影響;當(dāng)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(guān)。對于粗糙壁面,當(dāng)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?jǐn)?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(zhuǎn)變?yōu)镃assie態(tài)。當(dāng)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?jǐn)?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(guān)。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?jǐn)?shù)的減小而增大。通過對模擬條件進(jìn)行優(yōu)化,水納米液滴在PTFE壁面上的接觸角達(dá)到145.6°,接近超疏水狀態(tài)。隨溫度、正十六烷體積分?jǐn)?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(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O645.16
【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 文獻(xiàn)綜述
    1.1 研究背景及意義
    1.2 潤濕相關(guān)理論
    1.3 分子動力學(xué)模擬簡介
        1.3.1 分子動力學(xué)模擬的基本原理
        1.3.2 分子動力學(xué)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(nèi)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(nèi)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(xì)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(jié)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(jié)
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(jié)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?jǐn)?shù)的影響
    3.3 本章小結(jié)
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(xì)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?jǐn)?shù)的影響
        4.3.3 最佳潤濕狀態(tài)
    4.4 本章小結(jié)
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(xì)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?jǐn)?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(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2827857