扩散模型和凝聚模型耦合作用下胶体凝聚动力学的Monte Carlo模拟研究.pdf

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1、物理化学学报(WuliHuaxueXuebaoMarchActa尸．-Chim．Sin．2014，30(3)，413-4224l3[Article]doi：10．3866／PKU．WHXB201401203www．whxb．pku．edu．cn扩散模型和凝聚模型耦合作用下胶体凝聚动力学的MonteCarlo模拟研究熊海灵杨志敏。'李航(西南大学计算机与信息科学学院，重庆400715；西南大学土壤多尺度界面过程与调控重庆市重点实验室，重庆400715；西南大学资源环境学院，重庆400715；西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400715)摘要：以扩散模型(D。(y)=

2、Doxs)和凝聚模型(Po(a)=Po~(ixj))为基础，对胶体体系随时问的演变、团簇大小分布及其标度关系、团簇的重均大小S(f)的变化规律以及模型对最终分形维数的影响四个角度进行了比较研究，发现扩散指数y<0和凝聚概率指数0．>O对胶体的凝聚动力学过程有相似的影响．本文在较宽的口。取值范围内，对胶体的凝聚动力学进行了模拟研究，对慢速凝聚向快速凝聚的转化机理作了定量分析，并进一步分析了在团簇．团簇凝聚(CCA)模型下，得到类似扩散置限凝聚(DLA)模型的凝聚体的物理意义，结果表明：(1)>0代表了体系中团簇或单粒做“定向运动”而非无规则的布朗运动的情况．这种“定向运动”的推动

3、力可能来自于大团簇产生的强“长程范德华力”、“电场力”等，或来自于体系边界处的外力场的作用．(2)当0<0时，体系成为先快后慢的慢速凝聚，这可能对应大团簇为一排斥中心，即胶体颗粒存在“排斥力场”的现象．(3)证实了团簇的重均大小在凝聚过程的早期按指数规律增长，而后期按幂函数规律增长的实验现象．模拟研究还表明，胶体体系的凝聚动力学过程，在D’0时是一个存在正反馈机制的非线性动力学过程，而在00时则体现出负反馈的特征．关键词：扩散模型：凝聚模型：扩散指数：凝聚概率指数：凝聚动力学：MonteCarlo模拟中图分类号：0648CouplingEfectsofDifusiveModel

4、andStickingModelonAggregationKineticsofColloidalParticles：AMonteCarloSimulationStudyXlONGHai—Ling’一YANGZhi—Min。，，LlHang，。(CollegeofComputerandInformationScience,SouthwestUniversity,Chongqing400715,PR．China；ChongqingKeyLaboratoryofSoilMulti-scaleInterfaeialProcess,SouthwestUniversity,Chongqin

5、g400715,PR．China；CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400715,PR．China；4KeyLaboratoryofEco—environmentsinThreeGorgesReservoirRegion(MinistryofEducation)，SouthwestUniversity,Chongqing400715，PR．China)Abstract：Theefectsofthedifusive(Ds(y)=D0XS)andsticking(P)=P0X(『×)model

6、sonthecolloidalsuspensionevolution，clustersizedistributionandscaling，timedependenceofweight—averagedclustersize，andthefractaldimensionsofaggregatesareinvestigated．Simulationsoftheaggregationkineticsarecarriedoutforawiderangeofdifusivityexponentandsticking-probabilityexponent盯values．y<0and>0h

7、avesimilareffectsonthecolloidalaggregationkinetics．Themechanismoftransitionfr0mslowtofastaggregationisquantitativelyanalyzed．Thephysicalsignificanceofacluster-clusteraggregationmodel，leadingtoadifusion．Iimitedaggregationmodel，iSproposed．>>0correspo