第34卷第6期西南师范大学学报(自然科学版)2009年12月Voll34Nol6JournalofSouthwestChinaNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Decl2009文章编号:1000-5471(2009)06・0034-06温度对水的粘度和扩散系数影响的研究娄彦敏I,刘娟红I,周晓平I,刘锦超▽11四川大学原子与分子物理研究所，成都610065;21四川光和能源技术开发有限公司，成都610065摘要：采用分子动力学方法（MD）研究了水在不同温度下的内能、粘度、扩散系数及径向分布函数•研究结果表明，随着温度的升高，内能增加,粘度系数减小，扩散系数增大，且粘度系数和扩散系数符合Arrhenius行为从径向分布函数的分析可知，温度升高，加剧了水分子的运动和碰撞，改变了水的微观结构，使内能增加，从页改变了水的粘度系数和扩散系数.尖键词：分子动力学；内能；粘度系数；扩散系数；径向分布函数中图分类号：0645116文献标识码：A粘度系数是物质一种重要的输运系数，不仅在化工屮得到广泛应用，而且对液休结构和溶液理论的研究起着不可忽视的作用，与溶液的热力学性质存在着内在的联系•扩散系数也是物质一种很重要的输运茅数.实验上测定粘度系数和扩散系数有一定的局限性，即使有相关的实验数据，也是在一定可测量条件下得到，所得数据受到一定限制•随着计算机技术的迅速发展，计算机模拟可以将分子的微观结构与物质広宏观性质联系起来，用它能得到比较可靠的径向分布函数、热力学性质和输运性质，为实验和理论研究提供一些系统的数据.近年来国内外对水的研究备受关注小5）,而且水由于氢键的存在，便水表现一些反常的性质，对氢键的研究有着广阔的前景和重要的应用价值⑹.但是关于水的粘度研究工作报道较少，SmithPE等⑺采用Stokes2Enistein关系和Green2Kub（）关系通过求解扩散系数来求解温度在277K和300K时水的粘度；SunYL等⑻也采用Stokes2Enistein关系和Green2Kubo关系通过求解扩散系数来求解不同势模型下水的紀度.本文应用分子动力学方法，粘度求解采用Eyring模型，研究了水在温度为273K〜373K范围内的料度系数、扩散系数及结构性质.1势能模型在具体的模拟屮，一个重要的步骤是选择一种能够很好描述系统特征的势能函数3.对于水分子，其势能模型既可以从量子力学从头算获得，如MCY模型,又可由半经验方法关联获得，如SPC,SPCE,TIP3P,TIP4P和TIP5P等59.SPCE模型为扩展简单点电荷模型，并且对于输运性质的计算SPCE更接近实验值⑴8'.因此本文采用半经验的SPCE刚体势能模型，分子间的相互作用势函数表达形式为列攵稿H期:2009-（）1-04基金项目：国家科技支撑项目（2OO7ABAD5OBOO）.作者简介：娄彦敏（1981・），女，河南新乡人，硕士研究生，主要从事原子分子团簇方面的研究.通讯作者：刘锦超，教授."丿=¥律+4'式中：前半部分为长程静电相互作用，后半部分为短程Lennard2Jones作用；5(山)为分子对作用势能,分别表示为A,B原子对做循环；炉为A原子所带电荷，少为B原子所带电荷；厂AB为原子间距离，为两个分子的氧原子间作用距离;嚴为氧原子Lennard2Jones作用参数；血日为0・H键键长,4OH为H-0-H键角.其具体参数见表1.表1水的SPCE模型势能参数HDH/nm&)H/°£•KB/Knmqo/eqMe0110000109147781200131656・018476014238注：e=11602X10*l9C模拟中由于势能的截断，能量会在边界处发生不连续，将导致Hamiltonian不守恒.为了解决这个问题，本文采用移位的势能函数⑷，其形式如下{Uij(Hj)・Uij(rc)Hj<rc(2)0rii>rc其中：Ul(nj)为上移的位能，比为势能的截断距离.2模拟细节本文模拟水分子的总数为256个，模拟系综为止则系综(NVT),模拟温度分别为273,283,293,313,333,353,373K,压强为11013X105Pa,水的起始密度取为110g/cm3.模拟过程中对温度的控制采用Nose2Hoover热浴法心.对于均匀相的液体系统的初始位置通常定为其晶体的结构.若有实验的X2光衍卵结构则以其为起点，如无此实验的结构通常以均匀分布的面心立方结构为起点因此模拟起始构型我忙选为面心立方晶格EI,水分子的起始取向为随机取向，各分子的起始速度按Maxwcll2Boltzmann分布环样.模拟过程中采用两体有效势近似、最小镜像准则等基本假设，采用立方周期性边界条件，模拟盒子大小由密度确...