量子流体热力学性质的多尺度模拟：SAFT-VRQ PI与SAFT-VRQ Mie方程的对比研究

【编辑推荐】本研究对比了两种量子化统计关联流体理论（SAFT-VRQ）模型——基于方势阱的路径积分（PI）版本与Mie势函数版本，在描述氢/氦等量子流体相平衡、吸附等温线及等量热容方面的性能差异。结果表明：SAFT-VRQ Mie在临界区预测更优，而SAFT-VRQ PI对低温氢吸附体系更具优势，为量子流体在能源存储（如H2）和MOF材料设计提供了理论工具。

　　

Highlight

两种量子化统计关联流体理论（SAFT-VRQ）——基于路径积分的方势阱版本（SAFT-VRQ PI）与Mie势函数版本（SAFT-VRQ Mie），被用于模拟纯量子流体（如常态氢、氘、氦和氖）的热力学性质，包括相平衡、汽化焓、第二维里系数、焦耳-汤姆逊反转曲线，以及这些流体在固体材料（如NOTT-202 MOF、CuBOTf金属有机框架、KOH活化活性炭和单壁碳纳米角）中的吸附行为。

Theoretical Section

量子流体与固体系统的热物理性质可通过流体-流体相互作用（A^ff）和固体-流体相互作用（A^sf）的亥姆霍兹自由能描述。本节概述了计算相平衡、汽化焓、第二维里系数、焦耳-汤姆逊反转、吸附等温线和等量热容的核心理论框架。

Comparison of SAFT-VRQ PI and SAFT-VRQ Mie

前期工作已验证SAFT-VRQ PI通过路径积分模拟描述通用量子流体的能力。本研究进一步对比其对工业相关流体（氩、氢、氘、氦、氖）的预测性能。结果显示：两种模型在亚临界相平衡（温度-密度和压力-温度曲线）中表现良好，但SAFT-VRQ Mie在临界区更优；汽化焓预测中SAFT-VRQ PI对低温氢数据吻合度更高；而吸附等温线和等量热容的预测则凸显SAFT-VRQ PI的严谨性。

Conclusions

两种SAFT-VRQ模型均能准确描述量子流体的亚临界相行为，但SAFT-VRQ Mie在临界区和焦耳-汤姆逊曲线预测中表现突出，而SAFT-VRQ PI更擅长低温吸附体系建模，为氢存储材料设计提供了差异化工具。