磁场对水扩散系数影响的分子动力学模拟研究

第29卷　第1期曲

阜师范大学学报Vol.29　No.1

2003年1月Journal　of　Qufu　Normal　UniversityJan.2003

磁场对水扩散系数影响的分子动力学模拟研究

张　军,　张立红

(第一作者:男,34岁,硕士,讲师.石油大学应用物理系,257061,山东省东营市)

Ξ

　　摘要:将水系统视为正则系综,采用分子动力学模拟(Moleculardynamicssimulation简称MD)方法对磁

场条件下水的扩散系数进行了计算.结果表明水的扩散系数与外加磁场强度的关系是多极值关系,且在B=

0.25T以及常温下磁化效果最为明显;通过对径向分布函数的计算发现:磁处理对水理化性质的影响,主要

是由于磁场改变了水的径向分布函数,使水的结构发生变化,从而影响了水的扩散系数,增大了水分子的活性和渗透性.

关键词:磁场;水;扩散系数;径向分布函数;MD方法

中图分类号:O482.5　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-5337(2003)01-0064-04

　　现场应用和室内实验表明:磁处理对水及水溶

液的迁移性质(如粘度、热导率、扩散系数等等)会产生影响.研究磁场对水及水溶液迁移性质的影响对工业结晶、作物生长、.,使.近年来,随着计算机技术突飞猛进的发展,计算机模拟方法为我们提供了一种从分子水平对复杂体系进行研究的有效途径.HidekiTanaka等人[1]采用此方法对水的径向分布函数、位能和扩散系数等热力学量进行了研究;JeremyQ等人[2]对晶液界面附近粒子的运动轨迹、平均自由程和扩散系数进行了模拟;KiselevM和HeinzingerK[3]通过MD方法,定量计算了外加电场情况下,Cl-1离子对水的结构的影响.严六明等人[4]进行了模型溶液扩散系数的MD模拟.但采用分子动力学模拟方法研究磁场对纯水体系性质影响的报道尚不多见.为了进一步探讨磁场对水的作用,本文采用MD方法研究了磁场对水的结构和扩散系数的影响.

间的偶极、L2J位能模型,将分子

[5]“有效参数”,则两水分子之间的L2J

相互作用势可表示为

V=4ε[(σ/r)12-(σ/r)6],

式中有效参数σ=0.2791nm,ε/k=423.4K,

j的磁矩间相互作用势Vmm=

[6]

(1)k是

玻尔兹曼常数.外加磁场条件下水分子i和水分子μ[mi mj-3],(2)4πR3R2

式中m是单个分子的感应磁矩、R是两水分子的中心距离.

　　模拟中发现分子间磁矩相互作用能Vmm远大于外磁场所引起的其他附加能量,所以在计算位形能时仅考虑外场所引起的分子间磁矩相互作用能

Vmm和L2J作用能V,这样体系的内能E可表示为

可表示为

( R)(m R)

(Vi,j+Vmm),(3)E=NkT+ij2i=1,j=1,(i≠j)6

N

式中N是体系的分子数.

1　位能模型

实际流体分子间不仅有二体相互作用,而且还

包含多体间的相互作用.由于多体理论的不完善以及模拟过程中处理多体情况的复杂性,所以在实际模拟过程中一般采用有效二体位能模型,即将分子

Ξ收稿日期:2001-09-03

2　模拟方法

本文将水系统视为正则系综进行MD模拟[7],模拟所用分子数为256,模拟温度分别取T=273K,293K,313K,333K,353K,373K.

时间步长为2×10-15s,

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