过冷水形核过程的分子动力学模拟与实验

开展过冷水形核过程的微观机制研究，能够为保障航空安全，电力防灾减灾，以及发展人工降雨、蓄冷节能等技术提供重要的基础信息。本项目拟采用分子动力学模拟和实验测量相结合的方法研究过冷态水的形核过程。借助于并行分子动力学和微结构分析方法，分别研究无外场和施加外电场条件下的过冷水形核过程，分析过冷水形核的初始过程、氢键作用、以及晶核的微观结构与生长规律。总结过冷度、冷却速率、异质分子、以及外电场对形核过程的影响规律，同时计算形核率。实验上，采用水滴冻结法分别测量无外场和施加外电场条件下的过冷水形核率。通过控制液滴的体积、冷却速率、以及外电场条件，定量分析影响形核过程的主要因素和规律，并与分子动力学模拟结果互相印证。最后基于分子动力学模拟和水滴冻结实验结果发展可供工程应用的形核率计算模型。