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本文针对简单流体及固体的解析状态方程进行研究,在Ross变分微扰理论基础上结合解析径向分布函数表达式及分子间相互作用的势能模型建立了几个简单流体的解析状态方程,并根据自由容积理论和平均场近似建立了一个exp-6势简单固体解析状态方程。所得到的解析状态方程被用于研究流体氮、流体氢氦混合物、蛋白质电解质溶液、以及面心结构氩晶体。
第一章介绍了简单流体解析状态方程研究的背景和意义,回顾了流体微扰理论的发展和研究现状;简要介绍了流体解析状态方程研究的理论基础和依据,比较了不同微扰理论的优点和不足。
第二章建立了基于exp-6势的流体的解析状态方程,并应用于流体氮,证实了该解析状态方程具有适用温度密度范围较广且形式简单,便于推广应用的优点;分析比较了孙久勋等提出的硬球准经验径向分布函数解析表达式和硬球径向分布函数PY解析表达式的精度和适用范围;根据对计算结果的分析提出对流体分子间相互作用的新见解。
第三章介绍了建立了基于exp-6势的氢-氦混合流体的解析状态方程,并应用于氢-氦流体混合物,计算结果与模拟数据的对比表明该解析状态方程在较宽的温度和压强范围内比此前文献提出的解析状态方程精度高;预测了有关的过量热力学特性函数,并与文献做了比较,得出了与文献有所不同的结果。所得状态方程形式简单,可以进一步推广应用于其他简单流体混合物。另外,我们还对质量混合规则做了一定程度的探讨,结果表明,形式异常简单的加权质量混合规则能得出和文献混合规则精度几乎相同的结果。
第四章建立了基于径向分布函数解析PY表达式的广义Morse势流体及广义勒纳德-琼斯(LJ)势的解析状态方程,与文献模拟数据的比较,表明这两个状态方程具有较高的精度。广义Morse势流体被进一步应用于纯流体氮,所得结果在较宽的温度和密度范围内与实验数据和模拟结果符合得很好,表明该状态方程能够适用于较宽温度和密度范围,且可以进一步推广应用于实践中极为重要的其他简单流体。另外,所得广义LJ势流体解析状态方程与非解析状态方程结果精度相当,而形式简单,便于理论分析及实际应用。
第五章建立了蛋白质电解质溶液的三汤川势软球模型及基于Ross变分微扰理论和准经验径向分布函数的解析状态方程,提出:在考虑分子量较大的球形胶体蛋白质分子间相互作用时,需要将蛋白质胶体分子作为具有一定可压缩性的软球,即需要加入相应的软球排斥作用。关联和预测渗透压的结果比此前的理论模型精度更高,证实了模型合理性。
第六章建立了基于自由容积理论和平均场近似的exp-6势固体的解析状态方程,并用于研究面心结构Ar晶体,根据计算结果的分析,我们提出:为了更精确的描述固体氩分子间的相互作用,需要考虑三体相互作用,引入更合理的与温度或密度有关的势函数。