受限球腔内缔合Lennard-Jones流体的压力张量及应用

摘要

本文以受限球腔内缔合Lennard-Jones(LJ)流体为主要研究对象，通过考虑高阶的密度关联计算了流体的压力张量，进一步探讨了压力张量在计算界面和表面特征时的应用。首先，基于角度平均的方法得到了分子间的二体作用势。其次，根据经典的密度泛函理论分别计算了开放和封闭体系下的平衡密度分布，并在此基础上计算讨论了相关因素(缔合强度、缔合位点的数目、球腔尺寸以及体相密度(平均粒子数密度))对压力分布的影响。再次，作为应用，分别计算了两体系(即开放体系和封闭体系)下相关因素变化时的表面张力和界面张力，进而讨论了这些因素对其的影响。最后，在前述基础上比较了两体系下相关因素对压力张量、表面张力以及界面张力的具体影响情况。本文的研究旨在为揭示受限流体的物理化学性质和聚集态结构提供可能的理论线索。
　　第1章绪论。介绍了受限流体以及经典的密度泛函理论的发展现状，阐述了经典的密度泛函理论计算的一般步骤，并对压力张量、表面张力、界面张力等受限流体的力学特征做以简介。
　　第2章球腔内Af型缔合LJ流体的压力张量(巨正则系综)。基于Wertheim的一阶微扰理论，通过角度平均法将缔合位点之间的相互作用势转化为分子间的相互作用势，根据经典的密度泛函理论得到了开放体系下流体处于平衡态时的密度分布，在此基础上，研究了不同因素作用下的压力张量，并讨论了这些因素对压力分布的影响。作为应用，计算了开放体系下，不同因素变化时的表面张力与界面张力，并分析了这些因素对其的影响。
　　第3章封闭球腔内Af型缔合LJ流体的压力张量(正则系综)。采用经典的密度泛函理论，得到了封闭体系下流体的平衡密度分布，进而计算和讨论了封闭体系中压力分布随不同因素变化的情况。作为应用，分别计算了封闭体系中不同条件下的表面张力和界面张力，并讨论不同条件下表面张力和界面张力的变化情况。最后，对开放体系和封闭体系下的压力分布、表面张力、界面张力进行了比较与分析。
　　第4章本文的不足和展望。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 流体之间的典型相互作用

1.3 受限流体物理性质的研究方法

1.3.1 密度泛函的简介

1.3.2 密度泛函理论计算的一般步骤

1.4 受限流体的力学特征

1.4.1 压力张量的简介

1.4.2 表面张力、界面张力

1.5 本文的主要研究内容

第2章 球腔内Af型缔合LJ流体的压力张量(巨正则系综)

2.1 缔合流体

2.1.1 缔合流体的简介

2.1.2 Af型缔合LJ流体的相关特征

2.1.3 Af型缔合LJ流体分子间的相互作用

2.2 开放体系的密度泛函理论

2.3 受限流体的压力张量

2.3.1 压力张量的导出

2.3.2 对密度分布的展开

2.3.3 压力张量的导出同IK方法的对比

2.4 压力张量的计算结果分析

2.4.1 硬球流体的压力分布与计算机模拟数据的对比

2.4.2 缔合作用对压力分布的影响

2.4.3 体相密度对压力分布的影响

2.4.4 球腔尺寸对压力分布的影响

2.4.5 结果与讨论

2.5 表面张力的计算结果分析

2.5.1 球腔尺寸对表面张力的影响

2.5.2 缔合位点的数目对表面张力的影响

2.5.3 体相密度对表面张力的影响

2.5.4 结果与讨论

2.6 界面张力的计算结果分析

2.6.1 球腔尺寸对界面张力的影响

2.6.2 缔合位点的数目对界面张力的影响

2.6.3 体相密度对界面张力的影响

2.6.4 结果与讨论

第3章 封闭球腔内Af型缔合LJ流体的压力张量(正则系综)

3.1 封闭体系的密度泛函理论

3.2 压力分布的计算结果和分析

3.2.1 缔合作用对压力分布的影响

3.2.2 平均粒子数密度对于压力分布的影响

3.2.3 球腔尺寸的变化对压力分布的影响

3.2.4 结果与讨论

3.3 表面张力的计算结果分析

3.3.1 球腔尺寸对表面张力的影响

3.3.2 缔合位点的数目对表面张力的影响

3.3.3 平均粒子数密度对表面张力的影响

3.3.4 结果与讨论

3.4 界面张力的计算结果分析

3.4.1 球腔尺寸对界面张力的影响

3.4.2 缔合位点的数目对界面张力的影响

3.4.3 平均粒子数密度对界面张力的影响

3.4.4 结果与讨论

第4章 展 望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果