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方阱流体气液相平衡性质和临界非对称性的计算机模拟研究

李丽妍  
【摘要】:本文通过巨正则系综下的Monte Carlo模拟研究了具有方阱势能的流体的相平衡性质和临界非对称性。通过完整标度下的Q参数方法结合Histogram reweighting技术以及有限尺寸标度分析预测了阱宽为=1.5,链长分别为2,4,8,16的方阱链的临界温度值和临界密度值,临界温度比不完整标度理论下得到的结果要低。并根据Flory-Huggins理论进行外推获得了无限长的方阱链的临界温度。 采用完整标度下Q参数方法重新模拟了阱宽分别为λ=1.25,1.75,2.0的方阱单体的临界温度和临界密度,并采用近临界标度算法获得了在近临界区域的气液相平衡曲线,分析了不同阱宽方阱流体的临界非对称性质,结果表明,阱宽越小,系统的临界非对称性越强。通过对共存曲线直径拟合发现,阱宽越小,|t|2β项与|t|1-α项的系数比越大。说明相互作用范围越小,|t|2β项的贡献越重要,与已有分析一致。 本文还采用该标度算法还预测了阱宽为=1.5的方阱二聚体和链长为4的方阱链的近临界相平衡性质以及临界非对称性。通过考察共存曲线直径的临界奇异性发现,方阱二聚体的共存曲线直径|t|2β项的作用比方阱单体更明显,说明分子体积越大,|t|2β项越占主导地位。但是链长为4的方阱链的共存曲线直径中|t|2β项的作用比方阱二聚体要弱,而是|t|1-α项占主导地位。可能的原因是链长为4的方阱链分子团在一起,缩小了分子体积,而不是以伸展的形式存在。因此,我们认为除了分子相互作用范围和分子体积之外,链状分子的分子构型也会对系统的临界非对称性产生影响。我们还利用Hyper parallel tempering MC模拟获得了方阱二聚体远离临界区域的相平衡曲线,其中共存密度由密度概率分布双峰等面积准则来确定。获得的共存曲线与已有模拟结果相吻合。最终给出了方阱二聚体完整的气液相平衡曲线。


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