A SELF-CONSISTENT THEORY FOR MODELLING INTERFACIAL AND BULK PROPERTIES. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (PhD Dissertation) A SELF-CONSISTENT THEORY FOR MODELLING INTERFACIAL AND BULK PROPERTIES.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 27 May 2025. Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (3MB)

Arabic Abstract

معادلة أورنشتاين-زيرنيك (OZ) والإغلاقات الميكانيكية الإحصائية المتعلقة بها تُستخدم لدراسة خصائص الجملة والواجهة لسائل لينارد-جونز. تم التغلب على العقبات الشائعة المرتبطة بتنبؤ منحنى التحلل اللاحق وانتقال الطور الغازي-السائل من خلال تنفيذ توسعة معامل الاقتران (CPE). التغلب على هذه العقبات جعل من الممكن إجراء تقييم واسع للخصائص الديناميكية الحرارية والبنيوية من معادلة OZ لـ 14 إغلاقًا مثل Verlet، تقريب الكروي المتوسط، معادلة سلسلة hypernetted (HNC) وتعديلاتهم. يتم مقارنة توقعات الخصائص الديناميكية الحرارية والبنيوية مقابل بيانات المحاكاة الجزيئية للإغلاقات مع وبدون CPE. الدراسة تكشف أن Verlet المعدل (MV) هو الإغلاق الأكثر دقة في توقع الخصائص البنيوية والديناميكية الحرارية بما في ذلك منحنيات التحلل اللاحق، تواجد الأطوار والنقطة الحرجة. تم تمديد الدراسة لتشمل توقع الخصائص الواجهية باستخدام نظرية كيركوود-باف-فاولر لسائل لينارد-جونز. نظرًا لأن الخاصية البنيوية لدالة الارتباط الزوجية مطلوبة كمدخل للحسابات الواجهية، فقد تم استخدام Verlet المعدل لهذا الغرض. تبين أن دالة الارتباط الزوجية التي تم الحصول عليها من إغلاق MV تحسن بشكل كبير من دقة التوتر السطحي من نظرية كيركوود-باف-فاولر. النتائج أكثر دقة من تلك التي يتم الحصول عليها عادة من دالة الارتباط الزوجية الملائمة. لتوسيع نظرية كيركوود-باف-فاولر إلى ما بعد سطح تقسيم Gibbs ولمراعاة سمك الواجهة، تم النظر في ست نظريات بما في ذلك Lenker-Henderson، McLellan، Fitts وBerry وآخرين. يتم تقريب ملفات الكثافة بواسطة دوال خطية، تكعيبية وأسية. استخدام ملف كثافة أسي ضمن سماكة الواجهة ظهر كأفضل نهج لتصوير توزيع الكثافة في المنطقة الواجهية. هذا الاستنتاج يؤدي إلى توقع توتر سطحي وطاقة سطحية أكثر دقة. تبين أن دقة هذه الكميات حساسة لمسافات القطع.

English Abstract

The Ornstein-Zernike (OZ) equation and its related statistical mechanical closures are utilized for studying bulk and interfacial properties for Lennard-Jones fluid. The common obstacles associated with predicting the spinodal decomposition curve and gas-liquid phase transition are overcome by implementing the coupling-parameter expansion (CPE). The overcome of such obstacles made it possible to conduct extensive evaluation of thermodynamic and structural properties from OZ equation for 14 closures such as Verlet, Mean spherical approximation, hypernetted chain equation (HNC) and their modifications. The perdition of thermodynamic properties and structural properties are compared against molecular simulation data for the closures with and without CPE. The study reveals that the Modified Verlet (MV) is the most accurate closure in predicting structural and thermodynamic properties including spinodal decomposition curves, phase coexistence and the critical point. The study is extended to the prediction of the interfacial properties using the Kirkwood-Buff-Fowler theory for Lennard-Jones fluid. Because the structural property of the pair correlation function is needed as input for the interfacial calculations, the modified Verlet is used for this purpose. It is found that the pair correlation function obtained from the MV closure significantly enhances the accuracy of the surface tension from the Kirkwood-Buff-Fowler theory. The results are more accurate than those usually obtained from fitted pair correlation function. To extend the Kirkwood-Buff-Fowler theory beyond Gibbs dividing surface and to account of the interfacial thickness, six theoires are considered including Lenker-Henderson, McLellan, Fitts and Berry et al. The density profiles are approximated by linear, cubic and exponential functions. The use of an exponential density profile within the interfacial thickness emerged as the most accurate approach for depicting the density distribution in the interfacial region. This conclusion leads to predicting more accurate surface tension and surface energy. The accuracy of these quantities is found to be sensitive to the cut-off distances.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemical Engineering Physics
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Al-Saifi, Nayef M.
Committee Co-Advisor:	Hossain, Mohammad Mozahar
Committee Members:	Al-Harthi, mamdouh and Al-Sultan, Abdullah and Onaizi, Sagheer
Depositing User:	AHMED HASSAN AL-RASHIDY (g201306250)
Date Deposited:	29 May 2024 06:45
Last Modified:	29 May 2024 06:45
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142885