|
|
|
|
Развитие подходов молекулярной динамики для предсказания межфазных и транспортных свойств углеводородных смесей и нанокластеров (по материалам кандидатской диссертации)
Докладчик(и): Д.Ю. Ленев (ОИВТ РАН, МФТИ) Дата, время проведения: Среда, 3 июня, 15:00 Адрес: Ауд. 231 корпуса К6 Аннотация В диссертационной работе методом молекулярной динамики исследованы термодинамические, транспортные и межфазные свойства углеводородных систем и металлических нанокластеров. Разработаны и верифицированы методики расчёта плотности, коэффициента самодиффузии, поверхностного натяжения, адсорбции и коэффициентов теплообмена, позволяющие прогнозировать характеристики систем в широком диапазоне параметров без проведения дополнительных дорогостоящих экспериментов или существенного усложнения вычислительных моделей. Во второй главе показано влияние степени детализации силовых полей (TraPPE-UA, OPLS-AA, COMPASS) на воспроизведение плотности и коэффициента диффузии 2,2,4-триметилпентана и 1,1-дифенилэтана при давлениях до 400 МПа и 298 К. Установлена устойчивая обратная корреляция между систематической погрешностью плотности и ошибкой в диффузии, что позволило предложить схему коррекции результатов упрощённых моделей через поправку на плотность, обеспечивая точность, сопоставимую с полноатомными потенциалами. В третьей главе методом двухфазного моделирования рассчитано поверхностное натяжение чистого этана и смеси метан–этан. Выявлено систематическое занижение плотности и поверхностного натяжения из-за отключения дальнодействующих поправок в неоднородной системе, однако доказано корректное воспроизведение функциональной зависимости \sigma(\Delta\rho)σ(Δρ). Калибровка эмпирической модели парахора по МД-данным обеспечила предсказание поверхностного натяжения с погрешностью менее 10 % по экспериментальным плотностям. Для бинарной смеси получены линейные убывающие зависимости поверхностного натяжения от давления и состава, подтверждающие переносимость методики на многокомпонентные системы. Четвёртая глава посвящена строгому термодинамическому выводу формулы для расчёта адсорбции в двухфазной бинарной системе без использования приближений идеального газа и идеального раствора. На основе уравнений Гиббса и Гиббса–Дюгема производные химических потенциалов выражены исключительно через измеряемые концентрации фаз. МД-моделирование подтвердило обогащение межфазной границы метаном и показало, что предложенная формула сохраняет точность во всём диапазоне составов, в отличие от классических подходов, отклоняющихся при высоких концентрациях лёгкого компонента. В пятой главе исследованы механизмы теплоотдачи и кинетики роста кластеров железа (9–113 атомов) в газовой фазе при 200–2500 К. Рассчитаны коэффициенты термической аккомодации β и прилипания α, выявлено их аррениусовское поведение и масштабирование по N. На основе β определены коэффициенты теплоотдачи. Совокупность результатов демонстрирует эффективность сочетания молекулярного моделирования с термодинамическим анализом для предсказания межфазных и транспортных свойств сложных систем, что создаёт основу для оптимизации процессов нуклеации, теплообмена и разделения углеводородных смесей. |