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本文首先基于化学缔合的统计力学理论构建一个新的变阱宽方阱链流体分子热力学模型,主要包括两个方面:一是借助二阶微扰理论和积分方程方法开发一个新的具有可变阱宽(1.1≤λ≤3)的方阱色散表达式;二是认为链节成链项由硬球成链贡献和方阱色散相互作用对链节成链影响两部分构成,前者由胡英和刘洪来等人的方程直接计算,后者通过相邻和相间链节对的剩余空穴相关函数获得。结合单流体混合规则,同时将模型扩展到混合物系统。
结合计算机模拟结果,对新模型的适用性进行验证。新模型可正确预测出不同对比阱宽下的方阱单体流体汽液共存密度曲线:对不同链长下的方阱链流体压缩因子和汽液共存相图,理论验算与计算机模拟结果相一致;新的状态方程对由不同链长方阱链分子组成的混合物压缩因子计算机模拟值的预测也取得了成功。
应用本文模型成功地模拟了常规流体、制冷剂、离子液体以及聚合物的相平衡和pVT性质,同时获得了它们的模型(分子)参数,即链长(r)、链节直径三次方(σ3)、能量参数(ε/κ)和对比阱宽范围(λ)。对常规流体和离子液体同系物,模型参数与它们的分子量有着良好的关联,可用简单的线性函数来拟合,预示着只需已知某物质分子量即可用本文模型预测出相关物质的模型参数、相平衡或pVT性质,而不需要其他任何实验数据信息。
结合单流体混合规则,应用新的模型计算了二元汽(气)液相平衡性质。对常规流体、制冷剂和含离子液体的二元混合物,只需采用一个与温度无关的可调参数即可获得满意的结果;新模型可直接预测出正烷烃、氮气和正烷烃以及制冷剂等部分二元混合物和三元混合制冷剂的汽液相平衡性质。对聚合物混合体系气液相平衡的计算,需要一个与温度相关的可调参数,此参数可表示为温度的二次多项式。此外,本文模型也可预测一些气体在熔融态聚合物中的溶解度。
基于定标粒子理论,结合本文方阱链流体状态方程构筑了一个新的混合液体界面张力模型。此模型可用于常规非缔合和含离子液体的多元混合物界面张力的计算,也可用于部分二元混合物在不同温度下的界面张力以及三元混合物界面张力的预测。
将本文变阱宽方阱链流体状态方程与文献中粘度模型相匹配,满意的关联了高压下常规流体和离子液体的粘度。需要指出的是,利用本文模型计算如汽液相平衡、pVT、表面张力以及粘度等不同的热力学性质时,采用的是一套固定不变的模型(分子)参数,这可为模型在实际应用中的推广提供方便。