Percolation line, response functions, and Voronoi polyhedra analysis in supercritical water

Abstract

The problem of a physical relevance (meaning) of percolation in supercritical fluids is addressed considering a primitive model of water. Two different criteria, physical and configurational, are used for the cluster definition in Monte Carlo simulations over a range of pressures to determine the percolation line and skewness, and a theoretical analytic equation of state is used to evaluate response functions. It is found that both criteria yield practically the same percolation line. However, unlike the findings for simple fluids, the loci of the response function extrema exhibit density/pressure dependence quite different from that of the percolation line. The only potential coincidence between the loci of the extrema of a thermodynamic property and a detectable structural change is found for the coefficient of isothermal compressibility and Voronoi neighbors distribution skewness maximum.

Проблема фiзичної важливостi (сутi) перколяцiї у надкритичних плинах дослiджується на прикладi примiтивної моделi води. Два рiзних критерiї, фiзичний i конфiгурацiйний, використовуються для означення кластера в моделюваннi методом Монте Карло при рiзних тисках, з метою отримання перколяцiйної лiнiї та її перекосу. Теоретичне аналiтичне рiвняння стану використовується для оцiнки функцiй вiдгуку. Знайдено, що обидва критерiї дають практично однакову лiнiю перколяцiї. Проте, на вiдмiну вiд результатiв для простих плинiв, геометричне мiсце точок екстремумiв функцiї вiдгуку вказує на цiлком iншу залежнiсть вiд тиску/густини, нiж лiнiя перколяцiї. Єдине потенцiйне спiвпадiння мiж геометричним мiсцем точок екстремумiв термодинамiчної характеристики i спостережуваної структурної змiни є знайдено для коефiцiєнта iзотермiчної стисливостi i максимуму асиметрiї розподiлу Вороного.