Моделирование диффузионного массопереноса в многокомпонентных жидких смесях методом молекулярной динамики

• Автор: Казанцев, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 212 c. : ил

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Ю

ГЛАВА I. МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ДИФФУЗИИ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЖДКИХ СРЕДАХ

1.1.Способы описания многокомпонентной диффузии в

жидких смзсях

1.1.1.Основные определения параметров переноса

Г. 1.2.Термодинамика необратимых процессов

1.1.3.Кинетическая теория плотных сред

1.1.4.Подход на основе принципа независимости диффузионных потоков

1.1.5.Теория линейного отклика

1.2.Экспериментальные методы исследования коэффи

циентов диффузии в многокомпонентных жидкостях

1.3.Метод равновесной молекулярной динамики
1.4.Методы неравновесной молекулярной динамики
ВЫВОДЫ
Глава II. ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ ДЛЯ ЭВМ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ
2.1.Равновесный метод Щ для частиц с потенциалом взаимодействия "твердая сфера"
2.2.Равновесный метод Щ для частиц с потенциалом взаимодействия Леннард-Джонса
2.3.Неравновесный метод МД для частиц с потенциалом взаимодействия Леннард-Джонса
вывода
Г I

Глава III. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРЦИАЛЬНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ
ДИФФУЗИИ В СМЕСЯХ ТВЕРдаХ СФЕР
3.1.Анализ теории Энскога методом молекулярной
динамики
3.2.Концентрационная зависимость парциальных коэффициентов диффузии
3.3.Замкнутый алгоритм расчета.парциальных коэффициентов диффузии в смеси твердых сфер
3.4.Прогнозирование коэффициентов диффузии в тройных смесях на основе четырех окиси азота
ВЫВОДЫ ЮЗ
Глава IV. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕРАВНОВЕСНОГО МЕТОДА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ да ИССЛЕДОВАНИЯ ДИФФУЗИОННОГО MAC со-ПЕРЕНОСА
4.1.Неравновесный метод молекулярной динамики- для моделирования диффузионного массопереноса
•4.2.Анализ границ применимости линейных законов переноса. Проверка соотношений Онзагера III
4.3.Анализ принципа независимости диффузионных потоков 127'
4.4.Прогнозирование коэффициентов диффузии в многокомпонентных смесях методом НРВД
.ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность проблемы. Изучение массопереноса в многокомпонентных жидких смесях имеет большой значение как для практики проектирования новых технологических процессов и их аппаратурного оформления, так и для разработки теории плотных сред.
Диффузионный массоперенос играет важную роль в массообменных процессах, таких как ректификация, экстракция, сорбция и, в процессах теплообмена, электропереноса и других. Во всех перечисленных случаях все шире используются многокомпонентные смеси при различных, часто очень трудных для исследования, условиях.
Несмотря на то, что в теории жидкого состояния к настоящему времени достигнуты большие успехи [2, 3, 4] , теоретические результаты в области диффузионного массопереноса в многокомпонентных жидких смесях далеки от законченности, что связано с математическими сложностями точного решения многочастичной задачи. Наиболее полно решена задача динамики частиц с потенциалом взаимодействия "твердая сфера" [*5, 6, 7J , которая, несмотря на упро- . щенность потенциала, может служить первым приближением для описания свойств реальных жидкостей.
Для' описания реальных систем очевидно необходимо использование различного рода априорных, феноменологических предположений :о динамике частиц, таких как, например, принцип молекулярного хаоса [в, 9, К)] или принцип независимости диффузионных потоков [го, II, 12]. Подобные предположения-дозволяют значительно упростить математическое описание взаимодействующих частиц и получить конечные выражения для кинетических коэффициентов через динамические параметры системы или через более простые в определении парциальные коэффициенты диффузии.
50 ■ ■
"молекулярном хаосе'", а также нереалистичность потенциала взаимодействия "твердая сфера".
3.В связи с трудностями строгого теоретического решения проблемы диффузии в жидких смесях, большое значение приобретают феноменологические подходы. Простые и удобные для практики выражения для ПЩЦ получаются из предположения о независимости диффузионных потоков.
4.Несмотря на хорошую разработанность физических методов изучения диффузии в жидкостях, физический эксперимент не позволяет однозначно выявить влияние используемых теоретических и фноменоло-гических предположений.
5.Метод численного эксперимента (ВД) позволяет исследовать динамику частиц жидкости и является уникальным способом проверки различных теорий. Метод МД позволяет моделировать сложные для физического исследования вещества в экстремальных внешних условиях и прогнозировать их равновесные и кинетические свойства.
6.Наиболее перспективным численным методом для исследования переносных характеристик является метод неравновесной молекулярной динамики (НЩД), ввиду его близости к реальному эксперименту.