Molecular simulations via the molecular dynamics method have been carried out to investigate an equation of state of penetrable-sphere model fluids over a wide range of packing fraction φ and finite repulsive energy ε*. The resulting simulation data are compared to theoretical predictions from the two limiting cases of high- and low-penetrability approximations available in the literature. A good agreement between theoretical and simulation results is observed in the case of ε*<3.0. However, for the highly repulsive energy systems of ε*≥ 3.0, where the potential energy barrier is more than two times higher than the particle kinetic energy, a poor agreement is found due to the clustering formation and the non-continuum size effects in the dense systems of φ≥ 0.7 and ε*＝6.0.

침투 가능한 구형 모델 유체의 상태 방정식을 고찰하고자 다양한 범위의 입자 충전 분율 φ 및 척력적 에너지 상수 ε* 에 대하여 분자 동력학 방법을 이용한 전산 모사를 수행하였다. 전산 모사로부터 얻어진 결과는 문헌에 보고된 고침투 근사식 및 저침투 근사식으로 알려진 두 가지의 한계적 이론식들과 직접 비교하였다. 낮은 척력적 에너지를 갖는 ε*<3.0의 경우 전산 모사 결과는 이들 두 이론식들과 일치하였으나, 반면 입자간 상호 포텐셜 에너지가 입자 자체 평균 운동 에너지의 두 배 이상 높은 척력적 에너지를 갖는 ε*≥3.0의 경우 이들 이론식들 모두 전산 모사 결과를 재현하지 못하였다. 이는 특히 높은 입자 밀도와 높은 척력적 에너지를 갖는 φ≥0.7 및 ε*＝6.0의 경우 입자들의 클러스터 형성 및 자체 입자 배제 부피에 따른 비연속적 크기 효과에 기인되었다.

Keywords: equation of state; penetrable-sphere model; molecular dynamics simulation.