流体混合物の熱力学に対する単流体近似の限界

科学分野:

• 熱力学;物理化学;計算化学

背景:

• 流体混合物に対する解析的な状態方程式は、しばしば単流体近似を用います。これらの近似はモデルを単純化しますが、特に粒子サイズが異なる混合物においては、不正確さを導入します。

研究 の 目的:

• 単流体近似を用いる摂動論のための単純な代数補正係数を開発すること。流体混合物の熱力学的特性および相平衡の予測精度を向上させること。

主な方法:

• ヘルムホルツエネルギーにおける厳密な一次摂動項と近似された一次摂動項の比として補正係数を定義しました。基本的な粒子尺度に基づく記号回帰を用いて補正係数の閉形式導出を行いました。この補正係数をuv理論およびPCP-SAFT状態方程式に適用しました。このアプローチを検証するために、レナード・ジョーンズ混合物の新しい分子シミュレーションデータを生成しました。

主要な成果:

• この補正係数は、単流体アプローチと比較して、モデル流体の予測された相平衡および熱力学的特性の精度を大幅に向上させます。分子シミュレーションデータは、サイズ非対称なレナード・ジョーンズ混合物に対する精度の向上を確認しました。PCP-SAFTを用いた実流体予測への影響は、物質セグメントサイズが類似しているため最小限でした。

結論:

• 提案された補正係数は、摂動論における単流体近似の不正確さを効果的に解決します。この方法は、特に大きなサイズ非対称性が存在する場合には、混合物の挙動のより正確な予測のための貴重なツールを提供します。