多孔介质中液体受限扩散的Monte Carlo计算机模拟

论文摘要

扩散是物质的一种重要迁移运动,也是分子最基本的运动形式。液体分子自扩散参与了几乎所有的化学反应。NMR是当前唯一可用于提供关于分子在一个相当于生物细胞尺度的单元内的位移信息的非侵害性方法。通过脉冲场梯度核磁共振方法可以得到多孔介质中流体随时间变化的自扩散系数,所得的数据可以用来获得多孔介质的微观信息,如介质中孔隙的表面积与体积之比、曲率和孔径的大小等。这些微观信息对我们了解多孔介质的性质,如渗透性、电解液的电导率等各种传输过程有着重要的意义。在以前的文献中,相关的自扩散系数的模拟研究主要集中在扩散时间比较短的情况(短时模式),且对存在表面弛豫的扩散的模拟研究也比较少。本论文模拟了在扩散时间比较长和有表面弛豫存在时多孔介质中液体的自扩散系数的演化行为。主要研究成果有:1、建立了一个Monte Carlo扩散模型,模拟了在不考虑表面弛豫的情况下圆柱形多孔介质中液体的自扩散系数。模拟结果验证了模拟方法和原有理论方程的正确性。通过模拟所得的数据可以获得多孔介质的微观信息,如孔隙的表面积与体积之比、曲率和孔径的大小等。2、在表面弛豫不为零的情况下建立了不同的Monte Carlo扩散模型对圆柱形多孔介质中液体的自扩散系数进行了模拟。模拟结果验证了模拟方法和理论方程的正确性。通过模拟所得的数据可以获得多孔介质中孔隙的表面积与体积之比和孔径的大小等微观信息。提出了在长扩散时间下通过模拟所得扩散系数获得孔径大小的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文结构
• 参考文献
• 第二章 基本原理
• 2.1 自扩散系数测量几何参数的基本原理
• 2.1.1 多孔介质中粒子的平均平方位移
• 2.1.2 短时自扩散行为
• 2.1.3 长时自扩散行为
• 2.2 NMR 测量自扩散系数的原理
• 2.3 计算机模拟方法
• 2.4 多孔介质中液体自扩散行为的Monte Carlo 计算机模拟
• 2.4.1 不考虑表面弛豫的Monte Carlo 自扩散模型
• 2.4.2 考虑表面弛豫的Monte Carlo 自扩散模型
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 无表面弛豫的液体自扩散的 Monte Carlo 模拟
• 3.1 引言
• 3.2 理论表述
• 3.3 模拟方法
• 3.4 模拟结果和讨论
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 考虑表面弛豫的液体自扩散的 Monte Carlo 模拟
• 4.1 引言
• 4.2 理论表述
• 4.3 模拟方法
• 4.4 模拟结果和讨论
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 展望
• 硕士期间发表的论文
• 致谢