溴化锂水溶液气液界面微观结构的分子模拟

朱蓓蓓，高洪涛

(大连海事大学 轮机工程学院，大连 辽宁 116026)

溴化锂吸收式制冷机凭借其耗电少、噪声低、结构简单、运动部件少、安全可靠，可以利用废热、废气、废水和太阳能等低品位热能驱动，对环境和大气臭氧层无害等特性，近年来得到广泛的重视，具有广阔的市场和发展前景.溴化锂吸收式制冷机以水为制冷剂、溴化锂水溶液为吸收剂.为进一步研究溴化锂水溶液气液界面的性质，需要从微观角度进行分析和探讨.近年来，分子模拟作为揭示微米/纳米尺度现象的有效手段广泛应用于电解质水溶液气液界面的微观结构的研究［1－6］.采用分子动力学模拟软件GROMACS v4.0.2［7］分别对不同温度时，不同质量分数的溴化锂水溶液的气液界面的微观结构进行了研究.

1 分子动力学模拟方法

对水分子采用SPC/E模型，溴化锂水溶液中的Li+、Br－采用点电荷位于中心的 Lennard－Jones球.势能函数由L-J项和库仑项组成.其中L－J项由下式给出:

式中:m、n代表离子或者水分子中的氧原子，r代表m与n的距离.对于水－水、水－离子、离子－离子之间的库仑静电相互作用由下面的式子给出:

式中:i、j代表不同的水分子，k、l代表离子，r代表距离.qBr－=－|e|，qLi+=－qBr－.Li+－Li+之间的LJ参数［8］为

Br－－Br－之间的L－J参数［9］为

不同原子之间的L－J参数遵循几何平均，即σmn=

首先将模拟系统(见表1)放在各个方向定义了周期性边界条件的立方体盒子中，能量最小化后，对每个系统进行1 ns的NPT系综(压强为1 atm，温度分别为303.15，363.15，423.15，483.15 K)的模拟用来确定平衡时立方体盒子的边长.恒压方法采用Parrinello－Rahman法，其中……