非理想氩气的分子行为与熵的数值模拟

本文建立了一个模拟气体动理论原理的数值模型，用于预测球形压力容器内分子的压力；该模型追踪单个粒子，并将球壁所受的力乘以一摩尔分子以预测净压力。为复现真实流体，在高密度模拟中加入了分子间吸引力；所选力确保流体在压缩至近超临界密度时符合 Peng-Robinson 状态方程。研究了分子速度相对于温度和密度的标准差以定义熵。对利用近超临界密度的斯特林循环热机进行了参数化研究建模，以考察吸引性分子间范德华力的温度依赖性如何影响对周围环境的净总熵变。随后构建并演示了一台实用的宏观尺度活塞-气缸发动机，其利用一种新颖的热力学循环，与卡诺热机循环极为相似，并采用阀门与气动空气的布置来复现工质的等温与等熵压缩和膨胀。该热机循环无需先进制造即可构建，并利用非理想二氧化碳作为工质，以利用氩气模拟中所展示的范德华力熵效应来提升热力学效率。该发动机在实用的宏观热机中展示了此能力，并为实际能源生成提供了巨大机遇。