液滴润湿微观过程的分子动力学模拟

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文液滴润湿微观过程的分子动力学模拟硕士研究生：王文辉指导教师：明平剑教授学科、专业：动力工程及工程热物理论文主审人：张文平教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文液滴润湿微观过程的分子动力学模拟硕士研究生：王文辉指导教师：明平剑教授学位级别：工学硕士学科、专业：动力工程及工程热物理所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIn

2、dex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngMicroscopicMechanismofDropletwettingBehaviorusingMolecularDynamicsSimulationCandidate:WangWenhuiSupervisor:Prof.MingPingjianAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PowerEngineeringandEngineering

3、ThermophysicsDateofSubmission:Janurary,2018DateofOralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献

4、的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论

5、文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日液滴润湿微观过程的分子动力学模拟摘要当暴露在空气中的固体表面与液体发生接触时，液体取代了固体表面的空气，被固体吸附在表面的行为叫做润湿，例如清晨树叶上的露珠。接触角作为固体表面固气液三相交界处气液界面的切线，是润湿性的量度。传统对接触角的探索主要是实验研究等方法，这些方法对

6、接触角的规律性进行了阐述，却没有从作用机理上对润湿行为解释。本文采用分子动力学模拟的方法，将接触角作为切入点，在获取分子结构和运动信息的基础上，从微观角度了解接触角的形成过程，对润湿行为的研究延伸到分子层面。本文分别建立了氩和水分子组成的气液共存体系、纳米液滴在光滑表面，振动表面以及由方柱组成的粗糙表面润湿的模型，从固液相互作用、水分子模型、固体表面的排列和振动四个方面讨论了光滑表面液滴受到的影响，以及导致粗糙表面接触角形态差异和滞后性的原因。首先，液滴在光滑表面润湿的过程中，固体和液体之间的作

7、用强度决定了液体排除固体表面空气的能力，对接触角的形成起到了主导作用；通过对不同水分子模型的模拟结果表明，分子结构和电荷携带量是水分子模型的主要差异所在，库伦势能占据水分子内部势能的主要部分，决定了水分子之间的相互作用力，导致接触角的不同；不同固体表面排列方式，使得表面对水分子的相互作用有所不同，排列更为紧密的（111）表面的接触角更小；对比不同温度液滴的接触角，发现接触角因为气液界面的差异有所区别。其次，利用分子动力学模拟的方法研究了微纳米液滴在法向机械振动固体光滑表面的振动特性，认为液滴受迫

8、振动受力与质心运动周期与驱动激励周期相同；振动周期和振幅均对液滴的运动规律产生影响，并且两者作用相反；液滴在有简谐激励的光滑表面，都会收到振动输入的能量，当输入的能量达到临界值，液滴会克服固体表面能量的阈值，最终脱离固体表面。最后，对粗糙表面的模拟结果表明，粗糙度和方柱分辨率分别是影响Wenzel形态和Cassie形态表面接触角的主要因素。经过改变粗糙度和方柱分辨率以及将固体表面视为外部振动激励发现，通过增大方柱的高度改变粗糙度和施加固体表面的机械振动是较为有效的将液滴从Wenzel形态转化为C