二元混合流體界面性質(zhì)密度泛函理論研究.pdf

1、作為工業(yè)應(yīng)用中的基礎(chǔ)熱力學(xué)性質(zhì)，溶液的界面張力對于界面?zhèn)髻|(zhì)和傳熱過程均具有重要影響，例如表面的薄膜粘附，泡沫的穩(wěn)定，以及液滴和氣泡的形成等過程。因此，研究界面張力是十分必要的。近年來，關(guān)于流體混合物界面性質(zhì)的理論模型越來越受到關(guān)注，但是，由于混合物本身的復(fù)雜性及界面的非均相性，理論預(yù)測仍面臨諸多挑戰(zhàn)。
　　 本文采用密度泛函理論方法，建立了流體混合物界面張力模型。在該理論模型中，應(yīng)用改進(jìn)的基本度量理論，建立了硬球排斥項的自由能密

2、度泛函表達(dá)式;結(jié)合一階平均球近似和締合流體理論，構(gòu)建了引力項的自由能密度泛函表達(dá)式。研究了不同混合物的汽液界面性質(zhì)，包括:非極性—非極性流體混合物:氬(1)+氪(2)，CO2(1)+庚烷(2)和甲烷(1)+戊烷(2);非極性—締合流體混合物:CO2(1)+乙醇(2)，CO2(1)+水(2)和己烷(1)+2-丁醇(2);非極性—極性流體混合物:CO2(1)+丙酮(2)。部分計算結(jié)果與已有文獻(xiàn)報道的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，本文建立的D

3、FT方法可以精確預(yù)測上述二元流體混合物的界面性質(zhì)。
　　 上述密度泛函方法被進(jìn)一步拓展應(yīng)用于汽-液-固三相體系。以氮氣-水-固體為例，研究了氮氣(1)+水(2)混合物在疏水固體壁面的界面性質(zhì)，并從氮氣和水在疏水壁面附近的密度分布中觀察到氣體富集與水的耗損現(xiàn)象。由于氣體富集與水的耗損，壁面附近溶液中的氣體在一定條件下可處于超飽和狀態(tài)，使得納米氣泡成核成為可能。相應(yīng)地，計算了壁面附近氣泡成核自由能能壘，分析了不同疏水強度及飽和度情況