液态氟化物扩散及粘度的分子动力学模拟研究

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在能源问题日益严峻的今天,能量密度高、低碳排放、潜在的可持续发展的核能的研究与开发已经引起了人们广泛的关注。核能包括核聚变能和核裂变能。熔融盐反应堆就是核裂变反应堆的一种,液态氟化物混合盐在熔盐反应堆中作为冷却剂、溶剂和载体。作为溶剂和冷却剂,使得燃料可以溶于其中,简化反应堆结构,也使得燃料消耗均匀化,而作为载体,它能提供熔融载体,并改善共熔体的物理化学性质,提高熔盐堆的能量效率,降低意外发生的几率,从而使反应堆的环境更加安全。因此,它们的扩散性能和流动性能,即扩散系数和粘度引起了人们的关注。本文用分子动力学方法,结合Born-Mayer势,研究了Li F、Na F、KF这三种氟化物在液态时的扩散性质和粘度,重点分析了温度和压强对扩散系数的影响,温度对粘度的影响。本文首先分别计算了Li F、Na F、KF在各温度下的RDF曲线,预测了Li F、Na F、KF各自的熔点,并通过晶格能随温度的变化结果来验证了这个预测,三种氟化物的熔点均小于实验值,这主要是由势函数所引起的。另外,给体系加压之后,三种氟化物的熔点都变大了,这是因为体系加压之后,离子间的距离会变小,离子间的结合就会变得很强,导致了离子晶体的熔点会因为加压而变大。本文重点研究了Li F、Na F、KF这三种氟化物在液态时的扩散性质。体系未被加上压强时,三种氟化物的阴离子和阳离子的扩散系数都随着温度的升高而增大,并且与实验值和其他计算结果都较符合,而体系加上压强后,扩散系数同样随着温度的升高而增大,但是对于同一个温度的扩散系数,压强越大,扩散系数会越小,扩散激活能则随着压强的增大而变大,与经验规律一致。对比这三种氟化物的扩散系数时,我们发现,质量较轻的离子比质量较重的离子扩散系数更大,从而更加容易扩散。另外,本文还计算研究了Li F、Na F、KF在液态时的粘度跟温度的变化关系。这三种氟化物的粘度都随着温度的升高而减小,并与实验结果进行了对比。本文的计算结果与实验值略有差距,主要是由于本文的熔点比实验值低一些所导致的。本文还计算了这三种氟化物的粘滞性流变激活能,结果与实验结果均符合的较好。本文粘度的规律与经验规律保持了一致,温度越高,扩散系数越大,物质的液态性能越好,粘性越小,则粘度就会越小。本文的研究为分析液态氟化物的扩散性和流动性的机理提供了依据。
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