相分離模擬
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
相分離模擬的視頻教程
基于離散相DPM模型的旋風(fēng)分離器計算
1.ansys meshing網(wǎng)格劃分過程； 2.fluent通用穩(wěn)態(tài)仿真過程； 3.DPM離散相模型講解、使用條件、范圍與參數(shù)設(shè)置過程； 4.CFD-POST后處理過程，氣相與離散相流動動畫輸出。
￥8 27分鐘 109播放
查看
基于ABAQUS用戶子程序UEL實現(xiàn)相場方法模擬速率與狀態(tài)定律斷層破裂模擬
本系列視頻介紹Abaqus用戶子程序UEL的一個開發(fā)案例，在其中實現(xiàn)了相場方法模擬服從速率與狀態(tài)定律中aging law的斷層破裂模擬，適用于abaqus用戶子程序UEL，地震破裂模擬、斷裂相場模擬等方面的快速入門。
￥100 1小時9分鐘 876播放
查看
相分離模擬的實例教程
關(guān)鍵詞：GROMACS；油水；相分離; 分子動力學(xué)；packmol
在化學(xué)、材料科學(xué)及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，油水相分離是一個重要的研究課題，廣泛應(yīng)用于石油開采、環(huán)境污染治理、化妝品配方優(yōu)化及生物膜研究等方向。由于油水界面的分子相互作用復(fù)雜，采用分子動力學(xué)（Molecular Dynamics, MD） 方法進行模擬研究成為一種高效且精確的手段。而GROMACS作為高性能的開源MD模擬軟件，為研究油水界面張力、乳化劑作用、納米顆粒輔助分離等提供了強大的技術(shù)支持。
本案例基于GROMACS，建立油水混合體系的分子動力學(xué)模型，模擬其在常溫下的自發(fā)相分離過程，并考察油分子的溶劑可及表面積的變化。
初始模型的構(gòu)建
在本案例中，我們采用烷烴（正十六烷） 作為油相，構(gòu)建一個油水混合初始體系。正十六烷采用GAFF力場，水分子采用OPC3 水模型。整個體系的初始狀態(tài)采用隨機分布的方式，以保證后續(xù)的模擬符合真實物理過程。正十六烷的結(jié)構(gòu)可以用Gview或者Materials studio進行構(gòu)建，如圖1所示：
圖1 正十六烷的分子結(jié)構(gòu)
用Packmol軟件構(gòu)建800個水分子和50個正十六烷分子在5.0*5.0*5.0nm盒子中的均勻混合體系，Packmol輸入文件如圖2所示：
圖2 Packmol 輸入文件
建好的初始模型如圖3所示：
圖3 初始油水混合體系結(jié)構(gòu)
模擬結(jié)果分析
經(jīng)過能量最小化和2ns的平衡模擬后，我們可以觀察到，在無外界干預(yù)的條件下（常溫常壓），油水分子的相互作用（疏水作用）驅(qū)動體系自發(fā)發(fā)生相分離，逐漸形成油滴與水相的分層結(jié)構(gòu)。
展開 使用平均場模型評估NIPS(非溶劑誘導(dǎo)相分離)過程
溶劑蒸發(fā)和相分離是聚合物膜生產(chǎn)中的重要過程。模擬被用于評估相互作用、初始條件等對膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子動力學(xué)(DPD)、粗粒化MD和平均場方法應(yīng)用于定向自組裝(DSA)[1]、電極漿料涂層[2]和旋轉(zhuǎn)涂層[3]。NIPS(非溶劑誘導(dǎo)相分離)是一種生產(chǎn)細多孔膜的技術(shù)。在近期發(fā)表的幾篇論文中，考慮了流體力學(xué)效應(yīng)[4]、DPD[5]、SCFT[6]、聚合物組分的玻璃化轉(zhuǎn)變[7,8]、粘彈性[9]和嵌段共聚物[10]的多尺度計算，詳見文末的參考文獻。本文給出了MUFFIN模塊中平均場的2D樣例：本例基于Flory Huggins自由能模型，參數(shù)取自參考文獻[4][6]。如圖1所示，計算域的上半部分為非溶劑，下半部分為含有聚合物、溶劑和非溶劑混合物的膜。當(dāng)動力學(xué)計算開始時，非溶劑滲透到膜的下半部分；而膜中的溶劑擴散到上半部分。由于聚合物可溶于溶劑，但不溶于非溶劑，因此會發(fā)生相分離。以這些計算結(jié)果為基礎(chǔ)，就能將參考文獻中討論的效應(yīng)考慮在內(nèi)。
圖1.考慮NIPS過程的聚合物膜中相分離的時間演變，綠色和藍色區(qū)域分別代表聚合物和非溶劑組分
參考文獻：
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA26/
[2] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/
[3] https://octa.jp/components/muffin/
[4] Soft Matter,13, 3013, (2017)
[5] J.
展開 關(guān)于使用 ANSYS Fluent 離散相模型 (DPM) 項目進行旋風(fēng)分離器仿真
使用 ANSYS Fluent 對旋風(fēng)分離器進行穩(wěn)態(tài) CFD 仿真。使用 DPM 跟蹤粒子。考慮無阻力的單向耦合。這意味著流體相將通過阻力和湍流影響顆粒相，而顆粒相對氣相沒有影響。附Fluent案例文件
*.cas
【引言】
新相的成核，包括在溶液中析出晶體，在科技領(lǐng)域有很重要的意義，但對其的科學(xué)理解依然匱乏。在產(chǎn)業(yè)化方面，很多藥物分子和精細化學(xué)品都是晶體，但是在過去的350年內(nèi)，結(jié)晶技術(shù)卻沒有大的改進，在工業(yè)上造成了一定的經(jīng)濟損失。因此，深入地理解和控制晶體成核的重要意義就不言而喻了。
【成果簡介】
近日，英國格拉斯哥大學(xué)的Klaas Wynne教授課題組，提出液-液臨界點的近似值或者其雙結(jié)曲線可以通過光鑷來誘導(dǎo)產(chǎn)生濃度梯度。理論模型認為激光光束的電磁能可以產(chǎn)生自由能勢能來產(chǎn)生相分離或者誘導(dǎo)新相的成核。低功率的激光二極管在液體混合物中的實驗證明了這個效應(yīng)。利用光鑷勢能實現(xiàn)相分離和成核從物理學(xué)的角度解釋了非光化學(xué)的激光誘導(dǎo)成核，以及為晶體成核提供了新的途徑。該成果以題為"Control over Phase Separation and Nucleation Using a Laser-Tweezing Potential"發(fā)表在Nat. Chem.上。
展開 如何獲得具有極小尺度特別是5納米以下特征尺度的周期性二維或者三維材料，這對發(fā)展具有高密度存儲性能的半導(dǎo)體器件以及高通量分子級別的分離等技術(shù)具有非常重要的意義。嵌段共聚物是目前被研究最多的體系之一。由于其不同嵌段往往具有熱力學(xué)不相容性，在達到一定分子量的情況下，嵌段共聚物能夠自發(fā)排列形成熱力學(xué)穩(wěn)定的微納尺度相分離有序結(jié)構(gòu)（如圖1）。然而，通過這種方法依然很難獲得具有小于5納米以下特征尺度的有序相分離結(jié)構(gòu)。
圖1 熱力學(xué)不相容性誘導(dǎo)的微相分離的示意圖（以層狀相為例，其中(χN)ODT為χN在有序-無序相態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界值）。
近日，華南理工大學(xué)郭子豪課題組利用具有精確分子量的巨型分子，通過巨型分子中乙烯基寡聚倍半籠硅氧烷(VPOSS)的結(jié)晶誘導(dǎo)作用力，形成具有極小相分離尺度的層狀(Lamellar)自組裝體（圖2）。此外，自組裝體中的VPOSS部分，在伽馬射線(γ-ray)的作用下能夠通過雙鍵的交聯(lián)形成厚度在2納米左右的二維片狀結(jié)構(gòu)。
圖2 基于巨型分子VPOSS-oLLAn自組裝形成層狀相并獲取納米片的示意圖。
寡聚倍半籠硅氧烷（POSS）具有剛性的籠狀骨架，并且易于通過化學(xué)方法進行功能化修飾。重要的是，POSS的分子尺度在1個納米左右，是重要的用于制備微納結(jié)構(gòu)的組裝單元。為了能夠精確控制相分離的尺度，研究人員將具有精確分子量的寡聚左旋乳酸分子（oLLAn）引入到VPOSS分子結(jié)構(gòu)上，形成一系列具有精確分子量的巨型分子(VPOSS-oLLAn)。
展開 
相分離模擬的最新內(nèi)容
關(guān)鍵詞：頁巖油，分子動力學(xué)，lammps，gromacs，界面張力，最小混相壓力
摘要：分子模擬方法在探究納米尺度下分子間相互作用方面展現(xiàn)出巨大的技術(shù)優(yōu)勢。因此，本文采用分子動力學(xué)模擬方法，研究體相CO2/原油的混相機理。
通過我這套LAMMPS, GROMACS代碼，你可以實現(xiàn)不同氣體，不同油種類，不同溫度下的油氣界面張力和最小混相壓力計算。這套代碼還可以把氣體換成水，在氣體/水中加入表面活性劑
1. 簡要說明
本案例不僅提供MATLAB 相場斷裂代碼，還有代碼對應(yīng)文獻公式說明文檔！方便理解。
相場法（Phase-Field Method, PFM）作為當(dāng)前斷裂力學(xué)模擬的熱門方法，編程門檻較高。
初學(xué)者的困境：閱讀文獻中的公式往往一頭霧水，不知道如何轉(zhuǎn)化為離散的有限元代碼。
現(xiàn)有資源的門檻：網(wǎng)上的開源代碼多為Fortran編寫的Abaqus UEL/UMAT子程序
結(jié)合電子背散射衍射（EBSD）實驗與耦合熱–力的多晶相場模擬，揭示電鍍 TXV-Cu 在退火過程中的晶粒演化行為及其對可靠性的影響;基于相場方法的退火晶粒演化模型，將溫度依賴的界面遷移率、界面能及熱膨脹效應(yīng)納入描述框架，從而在數(shù)值模擬中再現(xiàn) TXV-Cu 的微觀組織演變過程。該模型不僅能夠為實驗觀察提供理論支撐，還可進一步用于預(yù)測不同工藝參數(shù)下 TXV-Cu 的組織演化規(guī)律，為優(yōu)化工藝與提升器件可靠性提供指導(dǎo)
首先用Packmol建立水，甲苯，乙醚分子數(shù)分別為1764，300，30的混合體系，輸入文件如圖1所示：
圖1 packmol 輸入文件
三、模擬結(jié)果分析
經(jīng)過能量最小化和10ns的模擬，萃取過程相分離如圖2所示。剛開始體系各相均勻混合，經(jīng)過1ns后，發(fā)生略微相分離，而模擬到10ns后，幾乎發(fā)生完全的相分離。
作者在文章中采用了一種名為“沃羅諾伊圖 (Voronoi construction)”的方法來更真實地描述析出顆粒的空間分布，并以此修正了顆粒周圍的原子擴散距離，提升了模型的準確性，模型通過與鎳基（Ni-Al-Cr）合金的原子探針實驗數(shù)據(jù)進行對比，得到了很好的驗證。作者對文章的程序進行了開源，感興趣的可以下載了解，原始文章
作者提供的程序
https://github.com/KeXuMSE
關(guān)鍵詞：GROMACS；油水；相分離; 分子動力學(xué)；packmol
在化學(xué)、材料科學(xué)及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，油水相分離是一個重要的研究課題，廣泛應(yīng)用于石油開采、環(huán)境污染治理、化妝品配方優(yōu)化及生物膜研究等方向。由于油水界面的分子相互作用復(fù)雜，采用分子動力學(xué)（Molecular Dynamics, MD） 方法進行模擬研究成為一種高效且精確的手段。而GROMACS作為高性能的開源MD模擬軟件，為研究油水界面張力
臥式旋風(fēng)分離器主體結(jié)構(gòu)特點
筒體形狀
水平圓柱形主體：與傳統(tǒng)立式旋風(fēng)分離器不同，臥式采用水平布置的圓柱形筒體，適合空間受限或需水平氣流入口的工況。
長徑比優(yōu)化：筒體長度與直徑比（L/D）通常較小（1.5~3），避免顆粒因過長停留時間導(dǎo)致破碎或粘壁。
進料口設(shè)計
切向或螺旋進氣：尿素顆粒氣流以切向或漸開線形式進入，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流場；入口風(fēng)速需平衡分離效率與顆粒破碎風(fēng)險（通常12~20 m/s
關(guān)于使用 ANSYS Fluent 離散相模型 (DPM) 項目進行旋風(fēng)分離器仿真
使用 ANSYS Fluent 對旋風(fēng)分離器進行穩(wěn)態(tài) CFD 仿真。使用 DPM 跟蹤粒子。考慮無阻力的單向耦合。這意味著流體相將通過阻力和湍流影響顆粒相，而顆粒相對氣相沒有影響。附Fluent案例文件
*.cas
ANSYS采用界面單元用于復(fù)合材料分層模擬時，如何判斷損傷起始和完全分離
。官網(wǎng)案例也沒有給出說明，缺乏相應(yīng)的理論說明。
關(guān)鍵詞：
化工單元操作與相平衡有著密不可分的聯(lián)系，相平衡現(xiàn)象一直是化工工程師以及廣大科研工作者們研究的熱門課題。相平衡數(shù)據(jù)是化工過程設(shè)計、操作以及優(yōu)化必不可缺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以為工程設(shè)計和單元操作提供理論指導(dǎo)。目前獲得相平衡數(shù)據(jù)有實驗法、相平衡計算和分子模擬三種。實驗法雖然直觀可靠，但需要大量的人力和時間，且受到高溫高壓、物質(zhì)毒性等苛刻條件的限制。相平衡計算的主要目標是預(yù)測混合物在不同溫度壓力下的氣
