近日，天津大学赵力课题组博士生聂显铧在 Applied Energy 期刊上发表论文——《超临界工质输运性质的分子动力学研究：文献综述及案例分析》。
论文指出：工质的输运性质是超临界热力循环分析中重要的参数。然而，现阶段输运性质实验数据的缺乏给新型工质在超临界循环中的应用带来挑战。分子动力学模拟为确定超临界工质的输运性质提供了有力的手段；特别由于分子动力学具有坚实的统计热力学基础，当采用适当的力场后，可以获得满足工程应用精度的超临界工质输运性质，从而避免了昂贵、危险的超临界实验。
本研究中，一方面，对分子动力学模拟用于超临界工质输运性质的预测进行了详尽的综述。综述部分首先介绍输运性质的计算理论及方法，总结了平衡态分子动力学和非平衡态分子动力学方法的利弊。此外，也提出了现有研究的不足和未来的发展展望。另一方面，为了为分子模拟的预测能力提供清晰的认识，本研究也针对一种工质的超临界输运性质进行了案例分析；在案例分析中，所研究的工况涵盖了现有经验预测模型失效的温压区域。
图：现阶段超临界热力循环研究框架
图：工质临界温度、现有经验预测模型最大预测温度以及工质分解温度之间的关系
图：不同版本REFPROP中，不纯性CO2粘度计算结果对比
图：分子动力学通过分子构型得到输运性质的计算流程
图：采用平衡态分子动力学方法计算的超临界R32热导率与预测模型对比。
注意当温度大于430K时经验的预测模型失效，经验模型结果仅供参考。
图： 采用非平衡态分子动力学方法计算的超临界R32热导率与预测模型对比。
注意当温度大于430K时经验的预测模型失效，经验模型结果仅供参考。（a）体系中有800个分子；（b）体系中有1200个分子。
图：采用平衡态分子动力学方法计算的超临界R32粘度与预测模型对比。
注意当温度大于430K时经验的预测模型失效，经验模型结果仅供参考。（a）计算结果与经验预测模型对比；（b）平衡态分子动力学模拟粘度计算的相对偏差。
本研究表明，分子动力学模拟具有预测工质超临界输运性质的能力，对于热导率计算，推荐使用非平衡态分子动力学模拟；而对于粘度计算，推荐使用平衡态分子动力学模拟。
