新型双方阱流体状态方程的开发：优化分子间作用描述，提升热物性预测精度

在化学工程计算中，状态方程（EOSs）至关重要。为优化其对分子间作用的描述及热物性预测能力，研究人员基于双方阱势函数开发新 EOSs。新模型在关联蒸气压、液体密度等方面表现良好，对长链烷烃预测效果尤佳，为相关计算提供了更优选择。

　　在化学工程领域，状态方程（Equations of State，EOS_s）就像一把神奇的钥匙，打开了计算纯化合物和混合物热物理性质以及气液平衡（VLE）计算的大门，是化工计算中不可或缺的工具。然而，现有的基于广义范德华（GVDW）理论推导的 EOS_s，在描述分子间相互作用时，却存在一些 “小麻烦”。

比如，常用的方阱势模型假设粒子间的势能在特定距离范围内是一个定值，这就像是给粒子间的相互作用戴上了 “简化的眼镜”，无法精确反映真实情况。而 Lennard-Jones 势虽然能更精准地考虑粒子距离，但因其过于复杂，无法在 GVDW 公式中 “大展身手”。后来，Afsharpour 提出了双方阱势函数，本以为能完美解决问题，可在推导 EOS 的吸引项表达式时，却出现了与理论假设不符的情况，而且其模型有五个可调参数，与其他模型相比，在简洁性上略逊一筹。

面对这些问题，来自未知研究机构的研究人员决定踏上探索之旅，开展了关于双方阱流体状态方程开发的研究。他们希望能找到一种更准确、更简洁的状态方程模型，为化工计算带来更可靠的结果。

研究人员提出了一种基于 Lennard-Jones 势构建的双方阱势函数，这个函数有三个可调参数。就像给模型装上了 “智能调节按钮”，可以更好地描述无界粒子间的相互作用。接着，他们运用 Haghtalab 和 Mazloumi 使用过的修正 Wilson 局部组成模型，结合 Afsharpour 的方法，开发了针对双方阱流体的协调数模型。

然后，研究人员把这个协调数模型融入到广义范德华配分函数中，成功得到了 EOS 吸引项的新表达式。与之前的研究不同，他们在 GVDW 公式中应用了双方阱势，这使得模型与理论概念更加契合。最后，研究人员将新得到的吸引项分别与 Carnahan-Starling 和范德华斥力项相加，得到了两个新的状态方程模型。

在研究过程中，研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，通过建立双方阱势函数模型，精确描述粒子间相互作用；然后，利用修正的局部组成模型构建协调数模型；最后，基于广义范德华理论推导状态方程。

下面来看看研究结果：

• 协调数模型：研究人员基于两层局部组成（TLLC）理论，考虑中心粒子与周围两层随机分布粒子的相互作用，构建了双方阱势函数。在这个函数中，$\mathrm{??}$表示第一层的深度等参数。通过这个函数，进一步开发出协调数模型，为后续 EOS 的推导奠定了基础。
• EOS 开发：在统计力学中，利用规范配分函数（广义范德华配分函数），结合前面得到的协调数模型，研究人员推导出了 EOS 吸引项的新表达式。再将其与不同的斥力项相加，得到了两个新的 EOS_s。
• 结果与讨论：研究人员挑选了 60 种纯化合物，包括烷烃、烯烃、苯衍生物、气体、CFC_s等。通过最小化目标函数来优化模型中的可调参数（$R,\mathrm{??}$ 和 $\mathrm{??}$）。结果显示，新的 EOS_s在关联蒸气压和液体密度方面表现出色，尤其是使用 Carnahan-Starling 斥力项的新 EOS，对从 C₁₀到 C₂₀的长链烷烃预测效果极佳，在预测蒸气摩尔体积和汽化热方面也有不错的表现。

研究结论和讨论部分意义重大。新提出的双方阱势函数及其对应的状态方程，为描述分子间相互作用和预测热物理性质提供了更有效的工具。与以往的模型相比，新模型不仅在理论上更加合理，而且在实际应用中表现更优。它不仅减少了可调参数的数量，还提高了对各种化合物热物性的预测精度，特别是对于长链烷烃等大分子化合物。这一研究成果发表在《Fluid Phase Equilibria》上，为化学工程领域的计算和研究开辟了新的道路，有助于科研人员更深入地理解分子间相互作用，为相关工程设计和工艺优化提供了更可靠的理论依据，推动了化学工程领域的进一步发展。