【热力学】开放系统过程耦合的热力学计算，可用于计算吉布斯能量并绘制相图Matlab代码，

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🔥 内容介绍

本文论述了一个名为“Thermolab”的数值热力学实验室的开发，该实验室旨在研究非理想溶液模型的热力学行为对开放系统中反应迁移过程的影响。Thermolab的核心在于利用MATLAB函数实现内部一致的热力学数据集的状态方程，以此计算吉布斯自由能。通过线性代数方法计算多组分相的混合吉布斯自由能，从而研究溶液模型非理想性对迁移过程的影响。计算结果经实验数据、相图及其他热力学软件验证。文中以MATLAB代码为例阐述了约束吉布斯最小化方法，并说明了通过混合物组成的迭代细化来提高精度和准确性的方法。Thermolab在吉布斯最小化后，可获得所有必要的输运变量，例如密度、相组成和化学势。本文进一步演示了如何在反应迁移模型中使用Thermolab获得的预计算局部平衡数据。

在反应性流体流动中，反应前沿的形状和速度取决于组分在流体和固体中的分配的非线性程度。我们论证了在反应迁移模型中必须考虑并进一步探索溶液模型的非理想性。Thermolab计算的吉布斯自由能可用于Cahn-Hilliard模型，用于模拟非线性扩散和相生长。这种方法模拟了一个趋向平衡的瞬态过程，并避免了在预计算平衡数据时可能出现的计算问题。

Thermolab实验室的构建解决了反应迁移模拟中一个长期存在的挑战：准确描述非理想溶液的热力学性质。传统的反应迁移模型往往简化了溶液的热力学行为，采用理想溶液模型或简单的活度系数模型，这在许多实际应用中是不够准确的。例如，在复杂的地下水系统、矿物溶解沉淀过程以及地质封存等领域，溶液的非理想性往往显著影响反应迁移过程的动力学和平衡态。忽略非理想性会导致模型预测与实际观测结果存在偏差，进而影响工程设计和科学研究的可靠性。

Thermolab的优势在于其对内部一致热力学数据集的依赖。这保证了模型的热力学一致性，避免了由于不同热力学性质计算方法的差异而产生的误差。通过MATLAB函数实现状态方程，提高了计算效率和代码的可扩展性。线性代数方法的运用使得Thermolab能够有效处理多组分体系，这在许多实际问题中是不可或缺的。约束吉布斯最小化方法的应用保证了热力学平衡的计算精度，而迭代细化技术则进一步提高了计算结果的可靠性。

Thermolab不仅仅是一个计算工具，它更是一个研究平台。通过对不同非理想溶液模型的比较和分析，研究人员可以深入理解非理想性对反应迁移过程的影响机制。例如，Thermolab可以用于研究不同温度、压力和组分条件下，非理想性对反应前沿速度、形状以及组分分布的影响。这些研究结果将为更准确地预测和控制反应迁移过程提供重要的理论基础和数据支撑。

此外，Thermolab与Cahn-Hilliard模型的结合，为研究非线性扩散和相生长等复杂现象提供了一个有效的工具。相比于预计算平衡数据的方法，这种方法避免了计算量巨大的预处理步骤，提高了计算效率，同时能够更准确地描述瞬态过程。

总而言之，Thermolab是一个功能强大的数值热力学实验室，它为研究非理想溶液模型对开放系统反应迁移过程的影响提供了新的途径。其内部一致的热力学数据集、高效的计算方法以及与Cahn-Hilliard模型的结合，使其成为研究反应迁移过程的重要工具，并将为相关领域的科学研究和工程应用带来显著的推动作用。 未来的研究方向可以集中于扩展Thermolab的功能，例如加入更多复杂的非理想溶液模型、耦合更多物理过程以及开发更加友好的用户界面等，以进一步提高其应用范围和影响力。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] Vrijmoed J C , Podladchikov Y Y .Thermolab: A Thermodynamics Laboratory for Nonlinear Transport Processes in Open Systems[J].Geochemistry, Geophysics, Geosystems: G3, 2022, 23(4).DOI:10.1029/2021GC010303.

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