Advances in critical temperature shift modeling of confined pure fluids using the Kihara potential function
Creators
- 1. Amirkabir University of Technology
- 2. Comisión de Investigaciones Científicas
- 3. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 4. Instituto de Fisica de Liquidos y Sistemas Biologicos
- 5. Universidad Nacional de La Plata
Description
Abstract A multitude of research works have been conducted in the past decade to better predict the change of critical properties of fluids confined in nanopores, known as critical shift, due to its great impact upon calculations of fluid properties in tight reservoirs. Modeling of this phenomenon commenced with developing equations of state (EOS) and has been continuing with correlations, all based on the two-parameter Lennard–Jones (L–J) potential function. Although these approaches have tried to present passable estimations of critical shift, sufficiently accurate predictions of critical shift are still missing in the literature. In this study, the three-parameter Kihara potential, as a more physically realistic alternative, is used to develop the van der Waal (vdW) EOS, and accordingly, a fluid-dependent expression is derived to calculate the critical temperature of confined fluids, i.e., pore critical temperature ( $${T}_{\mathrm{cp}}$$ T cp ). Using 50 data points of $${T}_{cp}$$ T cp reports for normal alkanes in the literature, the average error of our model is only 2.23%, 6.4% less than that of the L–J model. Furthermore, despite simple correlations of previous works, herein the Kihara parameters are exclusively tuned for each component based on their $${T}_{cp}$$ T cp reports, which resulted in an average error of 0.4% for normal alkanes. Finally, the pressure–volume diagrams of vdW and Peng–Robinson EOSs associated with the Kihara potential function are comprehensively discussed. The findings of this study can help researchers with more accurate predictions of the critical temperature of fluids confined in tight porous media, thereby providing more precise calculations of fluid properties and behavior at equilibrium conditions.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تم إجراء العديد من الأعمال البحثية في العقد الماضي للتنبؤ بشكل أفضل بتغير الخصائص الحرجة للسوائل المحصورة في المسام النانوية، والمعروفة باسم التحول الحرج، بسبب تأثيرها الكبير على حسابات خصائص السوائل في الخزانات الضيقة. بدأت نمذجة هذه الظاهرة بتطوير معادلات الحالة (EOS) واستمرت في الارتباطات، وكلها تستند إلى وظيفة لينارد جونز المحتملة ذات المعلمتين (LJ). على الرغم من أن هذه الأساليب حاولت تقديم تقديرات مقبولة للتحول النقدي، إلا أن التنبؤات الدقيقة بما فيه الكفاية للتحول النقدي لا تزال مفقودة في الأدبيات. في هذه الدراسة، يتم استخدام إمكانات كيهارا ثلاثية المعلمات، كبديل أكثر واقعية جسديًا، لتطوير EOS فان دير وال (vdW)، وبالتالي، يتم اشتقاق تعبير يعتمد على السوائل لحساب درجة الحرارة الحرجة للسوائل المحصورة، أي درجة حرارة المسام الحرجة (${T}_{\mathrm{cp}}$$ T cp ). باستخدام 50 نقطة بيانات من تقارير ${T}_{cp }$ T cp للألكانات العادية في الأدبيات، فإن متوسط خطأ نموذجنا هو 2.23 ٪ فقط، أي أقل بنسبة 6.4 ٪ من خطأ نموذج LJ. علاوة على ذلك، على الرغم من الارتباطات البسيطة للأعمال السابقة، هنا يتم ضبط معلمات كيهارا حصريًا لكل مكون بناءً على تقارير ${T}_{cp }$ T CP الخاصة بهم، مما أدى إلى خطأ متوسط قدره 0.4% للألكانات العادية. أخيرًا، تتم مناقشة مخططات حجم الضغط لـ vdW و Peng - Robinson EOSs المرتبطة بوظيفة كيهارا المحتملة بشكل شامل. يمكن أن تساعد نتائج هذه الدراسة الباحثين في الحصول على تنبؤات أكثر دقة لدرجة الحرارة الحرجة للسوائل المحصورة في وسائط مسامية محكمة، وبالتالي توفير حسابات أكثر دقة لخصائص السوائل وسلوكها في ظروف التوازن.Translated Description (French)
Résumé Une multitude de travaux de recherche ont été menés au cours de la dernière décennie pour mieux prédire le changement des propriétés critiques des fluides confinés dans les nanopores, connu sous le nom de déplacement critique, en raison de son grand impact sur les calculs des propriétés des fluides dans les réservoirs étanches. La modélisation de ce phénomène a commencé par le développement d'équations d'état (EOS) et s'est poursuivie avec des corrélations, toutes basées sur la fonction potentielle de Lennard–Jones (L–J) à deux paramètres. Bien que ces approches aient tenté de présenter des estimations passables du changement critique, des prédictions suffisamment précises du changement critique manquent encore dans la littérature. Dans cette étude, le potentiel de Kihara à trois paramètres, en tant qu'alternative plus réaliste physiquement, est utilisé pour développer l'EOS van der Waal (vdW), et en conséquence, une expression dépendante du fluide est dérivée pour calculer la température critique des fluides confinés, c'est-à-dire la température critique des pores ( $${T}_{\mathrm{cp}}$$ T cp ). En utilisant 50 points de données des rapports $${T}_{cp}$$ T cp pour les alcanes normaux dans la littérature, l'erreur moyenne de notre modèle n'est que de 2,23%, soit 6,4% de moins que celle du modèle L-J. En outre, malgré des corrélations simples des travaux précédents, les paramètres de Kihara sont ici exclusivement ajustés pour chaque composant en fonction de leurs rapports $${T}_{cp}$$ T cp , ce qui a entraîné une erreur moyenne de 0,4% pour les alcanes normaux. Enfin, les diagrammes pression-volume des EOS vdW et Peng–Robinson associés à la fonction potentielle de Kihara sont discutés de manière exhaustive. Les résultats de cette étude peuvent aider les chercheurs à prédire plus précisément la température critique des fluides confinés dans des milieux poreux étanches, fournissant ainsi des calculs plus précis des propriétés et du comportement des fluides dans des conditions d'équilibre.Translated Description (Spanish)
Resumen En la última década se han realizado multitud de trabajos de investigación para predecir mejor el cambio de las propiedades críticas de los fluidos confinados en nanoporos, conocido como desplazamiento crítico, debido a su gran impacto en los cálculos de las propiedades de los fluidos en depósitos estrechos. El modelado de este fenómeno comenzó con el desarrollo de ecuaciones de estado (EOS) y ha continuado con correlaciones, todas basadas en la función potencial de Lennard–Jones (L–J) de dos parámetros. Aunque estos enfoques han tratado de presentar estimaciones pasables del cambio crítico, todavía faltan en la literatura predicciones suficientemente precisas del cambio crítico. En este estudio, el potencial de Kihara de tres parámetros, como una alternativa físicamente más realista, se utiliza para desarrollar el EOS de van der Waal (vdW) y, en consecuencia, se deriva una expresión dependiente de fluidos para calcular la temperatura crítica de los fluidos confinados, es decir, la temperatura crítica de los poros ( $ ${T}_{\mathrm{cp}}$$ T cp ). Usando 50 puntos de datos de $ ${T}_{cp}$$ T cp informes para alcanos normales en la literatura, el error promedio de nuestro modelo es solo 2.23%, 6.4% menos que el del modelo L-J. Además, a pesar de las simples correlaciones de trabajos anteriores, aquí los parámetros de Kihara se ajustan exclusivamente para cada componente en función de sus informes $ ${T}_{cp}$$ T cp , lo que resultó en un error promedio del 0,4% para los alcanos normales. Finalmente, se discuten exhaustivamente los diagramas de presión-volumen de vdW y EOS de Peng–Robinson asociados con la función de potencial de Kihara. Los hallazgos de este estudio pueden ayudar a los investigadores con predicciones más precisas de la temperatura crítica de los fluidos confinados en medios porosos apretados, proporcionando así cálculos más precisos de las propiedades y el comportamiento del fluido en condiciones de equilibrio.Files
s13202-023-01639-w.pdf.pdf
Files
(4.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:a428c42cedcb186b39ddfeeba59b0b27
|
4.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التقدم في نمذجة التغير الحرج في درجة الحرارة للسوائل النقية المحصورة باستخدام وظيفة كيهارا المحتملة
- Translated title (French)
- Avancées dans la modélisation des changements de température critiques des fluides purs confinés à l'aide de la fonction de potentiel de Kihara
- Translated title (Spanish)
- Avances en el modelado de cambio de temperatura crítico de fluidos puros confinados utilizando la función de potencial de Kihara
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4372338137
- DOI
- 10.1007/s13202-023-01639-w
References
- https://openalex.org/W1488290255
- https://openalex.org/W1547027909
- https://openalex.org/W1972333941
- https://openalex.org/W1982974608
- https://openalex.org/W1985032761
- https://openalex.org/W1995147833
- https://openalex.org/W2006255450
- https://openalex.org/W2015525679
- https://openalex.org/W2018982601
- https://openalex.org/W2027662988
- https://openalex.org/W2031208268
- https://openalex.org/W2058034793
- https://openalex.org/W2062245802
- https://openalex.org/W2070976810
- https://openalex.org/W2088311421
- https://openalex.org/W2129288307
- https://openalex.org/W2134840806
- https://openalex.org/W2148790136
- https://openalex.org/W2244187742
- https://openalex.org/W226451686
- https://openalex.org/W2320778985
- https://openalex.org/W2341450043
- https://openalex.org/W2411001384
- https://openalex.org/W2497863484
- https://openalex.org/W2565476618
- https://openalex.org/W2581794598
- https://openalex.org/W2773501966
- https://openalex.org/W2792722258
- https://openalex.org/W2808198494
- https://openalex.org/W2897022805
- https://openalex.org/W2899248951
- https://openalex.org/W2928270822
- https://openalex.org/W2943241599
- https://openalex.org/W2950078511
- https://openalex.org/W2995698665
- https://openalex.org/W3096650044
- https://openalex.org/W3149701544
- https://openalex.org/W3211378389
- https://openalex.org/W4206735043