液体表面张力尺度效应的模拟计算

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 表面张力的概念及计算方法的研究现状 2

1.2.1 表面张力和分界面的概念 2

1.2.2 表面张力计算方法的研究现状 3

1.3 表面张力尺度效应及其研究意义和研究现状 7

1.3.1 表面张力尺度效应的存在性 7

1.3.2 表面张力尺度效应的研究意义 9

1.3.3 表面张力尺度效应的研究现状 9

1.4 研究对象及研究内容 11

参考文献 12

第2章 分子模拟基本理论介绍 21

2.1 引言 21

2.2 蒙特卡罗和密度泛函方法 23

2.2.1 蒙特卡罗方法 23

2.2.2 密度泛函 23

2.3 分子动力学方法 25

2.3.1 分子动力学模拟的基本理论 26

2.3.2 分子模拟系综理论介绍 28

2.3.3 分子动力学模拟具体实施 32

2.4 并行运算与超级计算机 38

2.5 本章小结 38

参考文献 39

第3章 球状液滴表面张力计算方法研究 41

3.1 研究背景 41

3.2 Kirkman方法与Gibbs理论 41

3.2.1 Gibbs理论的一个应用 41

3.2.2 Gibbs热力学理论 42

3.3 一种计算表面张力的方案 43

3.4 分子动力学模拟 48

3.5 本章小结 53

参考文献 53

第4章 GTKB方程在纳米尺度下的适用性研究 56

4.1 研究背景 56

4.2 理论方案 57

4.3 分子动力学模拟计算 58

4.4 本章小结 64

参考文献 64

第5章 圆柱形蒸气泡的Tolman长度研究 66

5.1 研究背景 66

5.2 理论基础和计算方案 67

5.2.1 圆柱蒸气泡的有关公式 67

5.2.2 平液面的有关公式 68

5.2.3 总体目标的实现思路 69

5.3 分子动力学模拟 69

5.3.1 平液面系统的模拟 70

5.3.2 圆柱形蒸气泡的模拟及Tolman长度的计算 73

5.4 本章小结 75

参考文献 76

第6章 广义Laplace方程在纳米尺度下的适用性研究 79

6.1 研究背景 79

6.2 理论基础和计算方案 81

6.2.1 表面张力的推导 81

6.2.2 表面张力的又一种表达式 83

6.3 分子动力学模拟 85

6.4 本章小结 88

参考文献 88

第7章 固液接触条件下Laplace方程的适用性研究 90

7.1 研究背景 90

7.2 Gibbs毛细理论与小液滴的两类情况 91

7.3 固体表面上Laplace方程力学证明 93

7.4 固体表面上Laplace方程热力学证明 95

7.5 一些讨论和本章小结 96

参考文献 97

第8章 Kelvin方程的修正 99

8.1 研究背景 99

8.2 Kelvin方程的精确化微分形式 100

8.3 在液体不可压条件下，Kelvin方程修正的积分形式 101

8.4 本章小结 103

参考文献 103

第9章 纳米液线的分子动力学研究 105

9.1 研究背景 105

9.2 理论基础 106

9.2.1 一种计算表面张力和分界面的方法 107

9.2.2 又一种计算方法 109

9.3 计算模拟 109

9.4 本章小结 114

参考文献 114

第10章 液线表面张力尺度效应的计算研究 117

10.1 研究背景 117

10.2 理论基础和计算方案 118

10.2.1 σθ的计算 119

10.2.2 σz的计算 119

10.2.3 工作计划 120

10.3 分子动力学模拟 121

10.4 本章小结 124

参考文献 124

第11章 结论和展望 126

11.1 全书总结 126

11.2 创新点 127

11.3 研究工作展望 128

附录A球状液滴压力张量的计算设计 129

参考文献 132

附录B一种推导圆柱液体的张力面半径及其表面张力模拟公式方法的思考 133

参考文献 134

附录C对球形液滴张力面半径公式推导的分析 135

参考文献 135

附录D压力张量的公式推导及算法设计 136

附录E球状液滴压力张量分层计算分子动力学程序 138

索引 143