核化过程在科学与技术工程很多领域中存在并起着重要的作用。如在大气环境中,随着污染加剧,悬浮颗粒物增加,其在水蒸气的凝结核化过程中起到凝结核心作用。在核化过程内,新相核的长大必须越过一个能垒,这些越过能垒的新相核的尺寸仍然处于微观纳米尺度内。然而纳米尺度下,均质核化与异质核化中晶核的形成以及长大,异质核的形状以及表面性质等对核化的影响等还不为人们熟知。本文采用分子动力学模拟方法,从分子水平探讨蒸气核化凝结的微观物理机理。建立核化模拟模型,研究蒸气均质核化与异质核化现象,分析冷却率、纳米固体颗粒的形状等对核化的影响;引入等效辐射能讨论核化中的热辐射效应。在水蒸气的核化过程中,考虑电场以及带电离子对核化的影响。最后对电场诱导中性/含盐纳米液滴在平板上的扩展特性进行了模拟。主要的研究内容及获得的结果如下:　　首先,研究了氩蒸气的异质核化,与均质核化进行了对比分析,并讨论固体颗粒物形状对核化的影响。结果发现,均质核化的核化中心是随机的,异质核化以固体颗粒为核化中心。均质核化团簇内液相密度分布均匀,异质核化团簇中心平均密度比液相稍高。固体颗粒形状在核化初始时刻起着重要的作用,蒸气在形状因子较大的板状颗粒上形成团簇的速度明显大于在形状因子较小的球形颗粒上的速度。同一时刻板状颗粒上形成的团簇最大,但最后均在固体颗粒表面凝结形成为一个规则的球体。　　其次,提出新的降温方法,讨论冷却率对核化的影响。研究表明,核化平衡温度随着移热强度的增加而降低,在本文模拟条件下移热强度低于2.25×10-9W时,异质核化起主导作用。在临界移热强度为1.8×10-9W时,均质核化在异质核化系统内出现,随着移热强度的增加而加强,与异质核化竞争。根据团簇内的分子总数随时间的变化,发现核化速率随移热强度的增加而线性增加。　　然后,分析对比水蒸气均质核化与异质核化过程中热力学参数变化特征。引入等效辐射能,研究水蒸气核化过程中的辐射效应。结果表明,在载气温度为200K时,水蒸气在纳米固体颗粒上异质核化的核化平衡温度约为360K,高于同等条件下均质核化的核化平衡温度353K,说明固体颗粒物的存在促使了核化过程发生。采用团簇分析法,分析大于临界阈值的团簇数与时间的关系,用最小二乘法进行了线性拟合,得出水蒸气的异质核化率,但比理论预测值低一个数量级。此外,冷源载气温度对水蒸气核化过程有很大的影响,核化速率与核化率均随着载气温度的降低而极速增加。载气温度为100K时的核化率约为载气温度为300K的10倍。并且等效辐射能的引入降低了核化平衡温度,增加了核化率。　　此外,模拟了电场以及带电离子在核化过程中的作用。在施加外电场作用下,极性水分子在电场力作用下重新排布,形成的水团簇在电场方向上被拉伸。随着电场强度的增加,核化平衡温度增加,核化率线性增加。模拟系统内有Na+/Cl-离子存在的水蒸气核化现象,结果发现,在带负电的氯离子上水蒸气核化形成的团簇大于在带正电的钠离子上的团簇。核化平衡温度与核化率均高于无离子存在的核化系统。　　最后,研究了电场诱导纳米液滴在平板上的扩展特性。在电场强度较小的平行电场作用下,液滴在扩展过程中呈现前接触角大于后接触角的非对称性。随着电场强度的增加,非对称性先增加后减少。这种从非对称到对称的转变是由外电场力、水分子间相互作用力以及水分子与固体壁面的作用力相互竞争决定的。并且不同的润湿壁面,电场诱导液滴呈现不同的扩展特性。纳米液滴中Na+/Cl-离子的存在使无电场作用下的平衡接触角增加,含盐浓度为0.5356M时,约增加7°。此外,含盐纳米液滴在平板上扩展的平衡接触角与电场强度与含盐浓度有关。在0.05V/A电场诱导下,低含盐浓度的纳米液滴在平板上非对称地扩展,伴随前接触角大于后接触角。随着含盐浓度增加至0.4M,非对称性消失。在0.1V/A电场作用下,与纯水纳米液滴相似,低含盐浓度的纳米液滴在平板上扩展时经历一个从非对称性向对称性的转变。而含盐浓度较大的纳米液滴,其动态扩展过程呈现对称性,达到平衡状态时完全润湿固体壁面。