自擴散係數

自擴散係數是指物體中某一點的温度的擾動傳遞到另一點的速率的量度。用符號DT表示，表達式為DT=kTD。它是表示氣體（或固體）擴散程度的物理量。在氣體中，如果相距1釐米的兩部分，其密度相差為1克/釐米^3，則在1秒內通過1釐米^2面積上的氣體質量，規定為氣體的擴散係數。

自擴散係數的表達式為DT=kTD。其中kT為熱擴散比；D為熱擴散係數。SI單位為：米²/秒，化工中常用：釐米²/秒，米²/時。物體中某一點的温度的擾動傳遞到另一點的速率的量度。可由下列關係式表示：α=λ/（ρ·Cp)。式中λ為熱導率；ρ為物體的密度；Cp為物體的定壓比熱容，單位為m²/s。熱擴散係數比熱導率有更直覺的反應。就是説，熱導率高的材料並不一定使你感到物體這頭熱了，那頭很快就熱；而熱擴散係數大的材料就能使你感到“温度”很快從這頭傳到了那頭。

水是能在地球表面的熱力學條件下自然存在汽、液、固三種物理狀態的化合物，在地質、海洋、化學、生物等許多領域中都涉及到水溶液的問題。超臨界水作為一種很有前途的反應介質應用於許多環境友好技術之中，引起了人們廣泛的重視和深入的研究。在許多工程實際應用中，人們對從分子水平上了解水溶液的結構和傳遞性質的需求與日俱增。採用實驗的手段研究超臨界水的結構和傳遞性質是一項非常艱鉅的工作，通常需要很苛刻的實驗條件，而且費用高昂。隨着計算機的普及，計算機分子模擬方法已逐步成為與理論研究平行的一種方法，採用分子模擬技術研究水溶液的性質正受到日益廣泛的關注。

採用分子動力學方法模擬温度範圍為673.15～873.15K，壓力範圍為22.1～131.3MPa條件下不同狀態點水的密度和自擴散係數，經與實驗結果進行對比。模擬體系為256個水分子，模擬系綜為等温等壓系綜。模擬結果表明:密度和自擴散係數的模擬預測值與實驗值基本一致;密度的模擬預測值大多低於實驗值，最大相對誤差小於-20%;自擴散係數的模擬預測值大多高於實驗值，但最大相對誤差小於±20%。在缺乏實驗數據時，利用單點電荷（SPC）勢能模型，可採用分子動力學方法預測超臨界水的密度和自擴散係數 ^[1]  。

學術界暫未找到非常理想的液體分析模型，導致了描述液體狀態的困難，簡化的硬球模型對液態金屬的一些性質取得了成功的解釋，在這個模型中，將液態金屬原子作為一種惰性硬球來描述和處理，這種模型與分子動力學模擬方法具有一定的相似性 ^[2]  。

由於液體分子堆積密度較大，分子總處在較強相互作用的範圍內，所以液相擴散係數的測量和理論描述遠比氣體及固體困難，未見液態純鐵的自擴散係數的實驗結果報道，在液態純鐵的研究方面，David針對測量了地核區高温高壓下的2~20GPa液態鐵的自擴散係數。Jang等採用分子動力學方法研究了固態鐵的自擴散係數，表明了在較低温度下分子動力學模擬存在一定的誤差。Shu等採用MAEAM模型研究了固態鐵的自擴散激活能，研究結果能與實驗數據較好地符合。沈通等研究了1873K液態純鐵的分子動力學和耗散粒子動力學研究。王煥榮等研究了液態純鐵的微觀原子模型，獲得了液態純鐵在1550℃下晶格常數為0.305427nm ^[3]  。