完整标度在流体相平衡理论计算与分子模拟中的应用

从模型流体（LJ，方阱等简单分子和链状分子）的临界性质入手，全面验证White关于流体的重整化群理论是否符合考虑了流体相平衡非对称性的完整标度关系，对White理论做出修正，使其满足完整标度性质；利用Fisher关于流体的完整标度律和有限尺度标度律，对临界性质模拟方法作出改进，用改进的方法对常用的模型流体的临界性质进行模拟，以检验流体的重整化群理论；选择恰当的分子力场模型，采用改进的模拟方法对常用的重要实际流体（水、二氧化碳等）的汽-液相平衡进行模拟，以得到准确的流体相平衡性质尤其是临界性质，并与实验数据比较。

通过数值计算论证了White重正化群理论及其推广不满足完整标度理论关于流体临界非对称性质的预言，White理论基本正确预言了气液两相密度，但其预言的相平衡直径虽然含有非解析的特性，但数值上却小于临界密度，与实验和模拟数据均不符，其在临界非对称性质的描述上失效的原因并非来自于重正化群理论本身，而是来自于配分函数的粗粒化近似，有效自由能中没有正确计入非局域效应，在对有效自由能做出改进后，White重正化群理论在临界非对称性质的预言得到大幅改善，理论计算得到的相平衡数据，无论是两相密度还是相平衡直径都与实验或模拟数据基本一致。将建立在完整标度理论基础上的模拟方法与超并行退火算法相结合，使得流体临界性质的MC模拟得以并行化，采用此方法模拟了多种方阱流体以及多种方阱链流体的气液相平衡数据，特别是获得了极其靠近临界点的相平衡曲线以及临界非对称性质，并且改善了临界温度和临界密度的精确度。