从统计力学推导流体状态方程(Ⅲ)——关于马丁-侯状态方程等的统计力学证明与解释

本文从多方阱非球形势硬粒子微扰理论出发,通过适当的近似与化简,导出了马丁-侯状态方程,从而使这个由经验提出的状态方程得到了统计力学的证明与解释.从多方阱非球形势硬粒子微扰理论出发,通过更粗略的近似也能得到范德华状态方程以及Barner与Adler改进的(?)offie状态方程.由理论分析,马丁-侯方程较为全面,不仅有高级微扰项,保留了多级密度展开式,同时取用了较精确的多级参考流体状态方程.     

从统计力学推导流体状态方程(Ⅲ)——关于马丁-侯状态方程等的统计力学证明与解释

本文从多方阱非球形势硬粒子微扰理论出发,通过适当的近似与化简,导出了马丁-侯状态方程,从而使这个由经验提出的状态方程得到了统计力学的证明与解释.从多方阱非球形势硬粒子微扰理论出发,通过更粗略的近似也能得到范德华状态方程以及Barner与Adler改进的(?)offie状态方程.由理论分析,马丁-侯方程较为全面,不仅有高级微扰项,保留了多级密度展开式,同时取用了较精确的多级参考流体状态方程.     

用软核微扰理论改进马丁—侯状态方程

采用Ｂａｒｋｅｒ－Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ软核微扰理论的方法改进马丁－侯状态方程，在”多方阱“微扰势的基础上引入一简单的”势，导出了方程本系参数ｂ与温度的函数关系以及新的常数的计算公式。使马丁－侯各参数的物理意义得到进一步解释，初步计算表明改进后的马丁－侯方程的计算精确度有所提高。     

链状流体的分子热力学模型(Ⅰ)──纯物质

实际链状流体的分子热力学模型表示为参考流体（硬球链流体）的贡献与一微扰项之和.作者先前建立的硬球链流体的状态方程用于计算参考流体的性质,用Alder等人对方阱流体的计算机模拟结果计算微扰项的贡献,从而建立了实际链状纯流体的分子热力学模型.该模型具有非常简单的形式,用三个与温度无关的分子参数（分子的链数,链节的直径和链节间的方阱位能阱深）可以较好地关联从球形小分子到链状高分子、分子间没有氢键作用的流体的饱和蒸汽压、饱和液体体积和pVT关系     

链状流体的分子热力学模型(Ⅰ)──纯物质

实际链状流体的分子热力学模型表示为参考流体（硬球链流体）的贡献与一微扰项之和.作者先前建立的硬球链流体的状态方程用于计算参考流体的性质，用Alder等人对方阱流体的计算机模拟结果计算微扰项的贡献，从而建立了实际链状纯流体的分子热力学模型.该模型具有非常简单的形式，用三个与温度无关的分子参数（分子的链数，链节的直径和链节间的方阱位能阱深）可以较好地关联从球形小分子到链状高分子、分子间没有氢键作用的流体的饱和蒸汽压、饱和液体体积和pVT关系     

应用分子聚集理论计算金属熔体的热力学性质

首先导出聚集硬球分子模型状态方程,并应用该方程计算五种金属熔体饱和气的密度,取得满意的结果。还应用克拉贝龙方程,蒸汽压方程和状态方程计算了金属熔体的汽化潜热,所得结果与实验数据符合良好。     

二次形局部组成H^E模型及混合热计算

通过内能与径向分布函数的统计力学关系及Ｖ＾Ｅ＝０的假设，并结合ＰＹ分方程导出的方阱势流体的 径向分布函的近似解析表达式，建立了二次形局部组Ｈ＾Ｅ模型。     

烷烃混合物二元相互作用参数的新型关联式

针对偏离二参数对应状态原理的复杂流体,以Mie势能函数和London色散力理论为基础,引入基于Joffee和Stewart虚拟临界规则的Leland分子形状系数,推导得到状态方程中二元相互作用参数k_ij的新型关联式.取Mie势能函数的参数n为3时,无需经过实验数据返算,关联式可直接计算和预测烷烃混合物k_ij;除了物质的临界性质外,k_ij还是温度、组成、摩尔体积、偏心因子和离子化势能的函数.将关联式初步应用于Peng-Robinson状态方程计算烷烃类混合物的临界压力,计算值与实验值平均偏差小于2.40％,取得满意的结果.     

分形理论及其在状态方程中的应用

本文介绍了基于分形结构的配位数、分子的平均势及由此推导出的基于硬球模型的状态方程(HSFT),同时介绍了HSFT方程在预测纯物质性质方面的应用。     

软球微扰状态方程的研究

从改进的势能函数出发,由径向分布函数理论和维里方程导出高温下纯流体配位数的计算公式,并与Sandler法结合求得简化的扰动型软球状态方程。用该方程计算的结果与Lennard-Jones模型的计算机模拟PVT数据吻合。     

用改进的密度泛函理论预测三元硬球混合物的结构

在Ronsenfeld的权重函数的基础上,在计算流体自由能密度时利用硬球混合物流体的Boublik—Mansoori—Canahan-Starling-Leland状态方程来代替硬球的定标粒子理论,从而得到了改进的密度泛函理论。结合测试粒子法,对不同组成的三元硬球混合物流体的径向分布函数进行了计算：与分子模拟数据比较结果表明,使用合适的密度泛函理论,测试粒子法能够成功地计算多元硬球混合物流体的结构性质。本研究为使用统计力学理论计算其它复杂流体的热力学性质提供了一种方法。     

平均吸引势模型状态方程用于固体在超临界流体中溶解度的计算

基于膨胀液体概念，把超临界流体看作是被气体膨胀了的液体，并假设体系的分子吸引势为范德华气体和凝聚液体吸引势的体积平均值、导出了一个平均吸引势模型状态方程。该方程较好地关联了纯溶剂蒸汽压及超临界二氧化碳的Ｐ－Ｖ－Ｔ关系；并关联了１４种固体溶质在超临界二氧化碳中的溶解度数据，结果优于ＲＫ、ＳＲＫ及ＰＲ方程。     

状态方程模拟醇胺系统的密度和汽液相平衡

通过考虑醇胺分子间的缔合作用,结合先前开发的非缔合变阱宽链流体状态方程(SWCF-VREOS)建立了一个缔合方阱链流体状态方程,并利用方程模拟了醇胺系统的密度和汽液相平衡。通过关联不同温度下醇胺的饱和蒸气压和液体体积得到了18种醇胺流体的分子参数,新方程计算的饱和蒸气压和液体密度总的平均误差分别为0.94%和0.88%。结合简单的混合规则,将此方程扩展到混合系统。研究发现,建立的方程可预测二元和三元醇胺混合物的密度。当引入一个与温度无关的可调参数时,方程能满意关联二元系统的汽液相平衡数据,并可进一步预测多元混合系统的汽液相平衡,预示着新方程可模拟醇胺系统的相行为。     

新的局部组成混合规则模型和汽液平衡数据的关联计算

从径向分布函数理论导出一个简单而合理的分子配位数计算公式,进而建立了新的局部组成模型,该模型简化后与改进的Peng-Robinson状态方程结合,在各类非理想体系汽液平衡计算中取得了满意的结果.     

硬段结构对分子链含亲水基团的聚氨酯形状记忆性能的影响

采用自乳化法,用聚酯二元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)、乙二胺(EDA)、三羟甲基丙烷(TMP)等单体合成了分子链含亲水基团的聚氨酯.用FTIR对聚氨酯进行了结构表征,并测试了胶膜力学性能和形状记忆性能.主要探讨了硬段结构与质量分数,回复温度和多次拉伸-回复对聚氨酯形状回复率的影响.结果表明,聚氨酯分子链内引入苯环或化学交联结构,可以改善材料的力学性能和形状记忆性能;聚氨酯的硬段质量分数有一最佳值,达到此值形状回复率最大;不同硬段结构的聚氨酯达到最大形变回复率的临界硬段质量分数不同,硬段的结构越稳定,其在形状记忆聚氨酯中的质量分数越低.多次拉伸-回复可以提高形状记忆性能.     

一个新的基团贡献型状态方程——GC-MCSPT方程

将超额Gibbs函数模型与修正的硬球三参数状态方程(MCSPT方程)相结合,导出由基团贡献模型定义的状态方程参数混合规则.直接利用低温下的基团贡献模型参数,如UNIFAC模型、修正的UNIFAC模型(简称MUNIFAC)的交互作用参数,分别预测了二元强极性物系的低压和高压相平衡以及三元强极性物系的汽液相平衡.结果表明,新模型具有广泛的预测能力和满意的预测精度.     

用密度泛函理论研究非极性混合流体表面性质

应用密度泛函理论研究了二元非极性混合流体的表面性质.分子作为球形链处理,不同分子内的两链节相互作用以硬核Yukawa势能表示.为了避免计算中势能作用数值积分截断导致的误差,采用了合理的长程校正方法.根据微扰理论建立了流体的状态方程以计算汽液相平衡.从纯流体汽液相平衡数据回归得分子的链节作用参数ε/k、d和m_s,这些参数预测纯流体表面张力时可获得较好结果.继而引入混合参数k_ij表示不同分子链节作用情况,计算了6种非极性混合流体的汽液相平衡、表面张力、表面密度剖面.结果表明,本方法应用于二元非极性流体混合物时汽液表面张力计算值与实验值符合良好,同时显示某些二元混合流体表面区可能出现组分的相对富集现象.     

粒子在溶液中吸附聚电解质行为及粒子间的相互作用(Ⅰ)模型建立

以自洽场 (CSF)理论为基础 ,综合粒子、溶剂分子和聚合物链节之间的相互作用及聚合物分子链电荷的作用对粒子在溶液中吸附聚合物的影响 ,采用前末端链节决定随机行走模型 (PRDWM)建立了粒子在聚合物溶液中吸附平衡后的粒子表面的链节密度分布的数学模型———链节密度分布函数 ,并通过吸附前后粒子表面自由能的变化建立了吸附聚合物分子链的粒子间的相互作用势能模型     

变阱宽方阱链流体状态方程模拟制冷剂的汽液平衡

应用作者先前基于二阶微扰理论和PY2近似积分方程建立的可变阱宽方阱链流体状态方程模拟了纯制冷剂及其混合体系的汽液平衡。通过关联不同温度下制冷剂的饱和蒸气压和液体体积得到了18种纯制冷剂的分子参数,新方程计算的饱和蒸气压和液体体积总的平均偏差分别为1.11％和0.92％。结合简单混合规则,将此方程扩展到混合体系。研究发现,建立的方程可满意预测制冷剂二元混合体系除临界区附近外的汽液平衡,对两个三元体系汽液平衡的预测也取得了满意的效果,当引入一个与温度无关的可调参数时,关联精度大为提高,预示着新的方程可模拟制冷剂的汽液平衡。     

用微扰理论、平均球近似结合统计缔合流体理论建立纯流体的状态方程

分别采用微扰理论和平均球近似（MSA）处理实际流体偶极──偶极间的相互作用,结合统计缔合流体理论（SAFT）处理氢键缔合相互作用,建立了一个纯缔合流体的状态方程．用分子链节微观参数分别关联了37种纯缔合流体（水、醇、酸和胺）的饱和液相密度和饱和蒸汽压．结果表明：采用微扰理论处理偶极──偶极相互作用的关联结果明显优于平均球近似,与分子模拟数据比较,结论一致．