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摘要

采用分子动力学方法模拟介孔尺度和结构对太阳盐凝固特性的影响. 使用Material Studio软件分别建立不同尺度、两种结构的混合硝酸盐模型, 模型通过Lammps进行模拟计算, 总结凝固点、过冷度、相变潜热随尺度和结构的变化规律, 利用径向分布函数、势能-温度曲线、吉布斯自由能等表征参量对介孔内太阳盐凝固特性的微观机理进行分析. 结果表明, 太阳盐的凝固点随着纳米孔尺度的增大先增大后减小最终趋于稳定, 相同尺度下纳米线结构的凝固点高于纳米颗粒的凝固点. 太阳盐的过冷度整体呈现随介孔尺度增大而减小的规律, 但有反常增加现象. 两种不同结构下, 太阳盐凝固焓随着尺度增大均逐渐增大, 且纳米线结构较纳米粒子结构在相同尺度下提高了30%—37%.

关键词:

太阳盐/
尺度/
过冷度/
凝固特性

Abstract

The effects of mesoporous size and structure on the solidification characteristics of solar salt are simulated by molecular dynamics (MD). The mixed nitrate model with different scales and two structures is established by using Material Studio software, and the model is applied to the Lammps software package for simulation calculation. The changes of freezing point, supercooling, and phase transformation latent heat are summarized. The micro mechanism of solidification characteristics of nano solar salt is analyzed by radial distribution function, potential energy temperature curve and Gibbs free energy theory. The results show that the freezing point of solar salt first increases and then decreases with the increase of nanopore scale. The nanowire structure will also increase the phase transition temperature on the same scale, and the phase transition points of the two eventually tend to be stable with the increase of scale. The supercooling of solar salt decreases with the increase of mesoporous scale, but there is an abnormal increase. Under the two different structures, the solidification enthalpy gradually decreases with the increase of scale, and the phase transition latent heat of nanowire solar salt is 30%–37% higher than that of nanoparticle structure on the same scale.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:杨启容,luyingyi125@163.com

基金项目:青岛大学青年卓越科研启动经费(批准号: QDPYHT-5-065)资助的课题

Authors and contacts

1.
2.
3.

Corresponding author:Yang Qi-Rong,luyingyi125@163.com

Funds:Project supported by Start-up Funding for Youth Research Excellence of Qingdao University, China (Grant No. QDPYHT-5-065).

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施引文献

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离子数	种类				尺度/nm
离子数	Na⁺	K⁺	N^–	O^2–	尺度/nm
460	60	32	92	276	5
920	120	64	184	552	6—7
1380	180	96	276	828	7—8
1840	240	128	368	1104	8
2300	300	160	460	1380	9—10
2760	360	192	552	1656	10

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Atom	Q/e	E/(10^–3eV)	σ/Å
Na	1.00	6.6373000	2.407
K	1.00	4.336000	3.188
N	0.95	4.017509	3.431
O	–0.65	3.469129	3.285

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原子数	460, 920, 1380, 1840, 2300, 2760
时间步长/fs	1
压强/(10⁵Pa)	1
系综	NPT
冷却速率/(K·ps^–1)	0.1, 0.5

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	离子数
	460	920	1380	1840	2300	2760	5520	11040
熔点/K	493	493	503	518	508	492	493	492
凝固点/K	463	483	473	503	490	483	478	476
过冷度/K	30	10	30	15	12	9	15	16

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	离子数
	460	920
熔点/K	528	548
凝固点/K	518	543
过冷度/K	10	5

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	离子数
	460	920	1380	1840	2300	2760
相变潜热 /(kJ·kg^–1)	108.75	109.39	110.12	112.25	114.69	117.57

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	离子数
	460	920
相变潜热/(kJ·kg^–1)	141.39	150.64

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