电解质溶液中的空化初生机理研究

【作者】 李宇寒； 厉明波； 张律文； 王本龙；

【机构】 上海交通大学；

【摘要】 海水中的空化初生是亚稳相水在抵达其旋节点后通过成核而产生气相的临界时刻,且会受到可溶性离子的显著影响,其中Cl-、Na~+、SO2-4及Mg2+含量占所有离子含量超过90%。在工业界,海水空化会对海洋装备及结构物造成例如空蚀、噪声等负面影响,而在学术界,空化又是人们认识理解液-汽相变的途径之一。因此,本研究采用分子动力学模拟方法聚焦于NaCl及MgSO4溶液中因激波传播稀疏段所引起的空化初生,在微/纳时-空尺度上具体开展了溶液中体相汽泡成核及初始气核动态演化受离子种类及浓度的影响特性与机理研究。结果表明离子的加入会通过破坏水分子间原有的氢键网络而加剧溶液中的体相成核,其中离子浓度越高的溶液中会激发出更多数量的蒸汽泡,而MgSO4溶液由于离子的结构性更强,在等浓度时相比NaCl中产生的体相汽泡更多。然而,离子加入会适当增大溶液的表面张力且它与离子强度的关系保持良好的线性,这就解释了MgSO4溶液的表面张力高于NaCl的原因。最后,离子所引起的溶液表面张力增大也会提高汽泡的成核能垒,与纳米气核的作用规律恰好相反,这也折射出了带电离子的水合效应会增强水分子内聚力的物理本质。更多还原