中国科学院工程热物理研究所和德国杜伊斯堡-埃森大学（Universität Duisburg-Essen）开展国际合作，在非理想气体成核理论研究方面取得进展。
当前，高参数能源动力装备（如超临界CO2压缩机、高压湿蒸汽透平）内部工质常处于非理想气体状态，高速膨胀时发生非平衡凝结，形成微小液滴，影响气动性能和运行安全。经典成核理论依赖Boltzmann定律描述的平衡液滴分布，但其推导采用理想气体假设，在非理想条件下的适用性缺乏检验，成为精确预测凝结流动的理论瓶颈。
研究团队从理论推导出发，发现经典Boltzmann定律中“单体占绝对主导”的假设与非理想气体下二聚体、三聚体等小液滴不可忽略的贡献存在根本矛盾。当压缩因子降至0.8时，经典模型对总粒子数的低估约10%，表明其仅适用于理想或近似理想气体。为此，团队提出更普适的平衡液滴分布模型（GED），重新考虑液滴对储层压力的贡献，修正了低压缩因子下的不合理分布；并进一步提出简化模型（S-GED），通过设定临界尺寸将分布分为“真实”与“理想”部分，便于求解。
将S-GED应用于CO2和水的宽广热力学范围，系统比较显示：新模型通常给出更大的临界液滴半径和更小的最小浓度比，预示非理想气体成核速率可能低于经典预测。在压缩因子约0.8时，修正显著；在低温或压缩因子趋近1时，偏差缩小甚至反转。同时，新模型在高温低过饱和度区域存在局限性，反映小液滴形状涨落及状态方程描述微小液滴性质的不确定性，表明小液滴模型和多聚体状态方程仍需深入研究。
该研究目的在于推动长期停滞的成核理论的进一步发展，为诸如超临界二氧化碳压缩机、引射器等新一代能源动力系统部件的设计和性能评估提供基础的理论依据。相关研究成果发表在国际期刊《国际多相流杂志》（International Journal of Multiphase Flow）上。论文第一作者兼通讯作者为中国科学院工程热物理研究所能源动力研究中心任海琨，德国杜伊斯堡-埃森大学旋转机械研究所Dieter Brillert教授、Sebastian Schuster首席研究员参与了相关理论指导工作。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2026.105681。
图1：（左）不同液滴尺寸在过饱和平衡状态下的分布不符合统计学规律（CED为经典平衡液滴分布）；（右）经GED和S-GED修正后，液滴分布相对合理（单体占比不再为1）
图2：过饱和度（supersaturation）和压缩因子（compressibility factor）对经典平衡液滴分布的影响