|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Квантовомеханический расчет термодинамических и транспортных свойств смесей технически важных одноатомных газовНИР
- Руководитель НИР: Мешков В.В.
- Участники НИР: Медведев А.А.
- Подразделение: Кафедра лазерной химии
- Срок исполнения: 31 октября 2012 г. - 31 декабря 2013 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 12-08-31407 мол_а
- Номер ЦИТИС: 01201275242
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: другое
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.17.15 Газы
- 30.51.15 Разреженный газ и молекулярная газовая динамика
- 31.15.15 Исследования строения и свойств молекул и химической связи
-
Ключевые слова:
газовые смеси, межатомные потенциалы, транспортные свойства, термодинамические свойства, коэффициент диффузии
-
Описание:
В рамках данного проекта планируется выполнить квантовомеханический расчет потенциалов межатомного взаимодействия, термодинамических и транспортных свойств разряженных газовых смесей (в приближении парных взаимодействий) важных с точки зрения технических приложений. Для оценки функций потенциальной энергии будут применены современные неэмпирические (ab initio) методы, а полученные потенциалы использованы для расчета термодинамических и транспортных свойств, с использованием методов классической статистической физики и квантовой механики. Планируется систематически исследовать влияние квантовых эффектов на расчёт теплофизических свойств. Будут рассмотрены смеси инертных газов, преимущественно гелия, с парами щелочных металлов и металлов подгруппы цинка. Данные смеси имеют широкий спектр научных и технических приложений, от использования в качестве рабочего тела в энергетических установках до эксимерных лазеров и катализа. Экспериментальное измерение свойств газовых смесей в широких областях температур и давлений представляет большие трудности, а экстраполяция экспериментальных данных, полученных в узком диапазоне температур, часто не обеспечивает требуемой точности. Использование неэмпирических расчетов позволяет получить термодинамические и транспортные свойства в широком интервале температур без привлечения экспериментальных данных.
-
Основные результаты:
. Проведен квантовохимический расчет потенциалов взаимодействия атомов рубидия и цезия с инертными газами (He, Ne, Ar, Kr, Xe) 2. Используя полученные потенциалы были рассчитаны интегралы столкновений и коэффициенты диффузии для соответствующих смесей в интервале температур 10–3000 К. Интегралы столкновений рассчитаны классическим и более строгим квантово-механическим методом, при этом квантовые эффекты становятся заметны лишь при очень низких температурах (при температурах более 50 K отличие менее 1%). 3. Разработан новый численный метод расчета фазового сдвига для радиального уравнения Шредингера, который можно использовать для квантовомеханического расчета интегралов столкновений. Данный метод более эффективный, чем существующие.
- Добавил в систему: Мешков Владимир Владимирович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 31 октября 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Квантовомеханический расчет термодинамических и транспортных свойств смесей технически важных одноатомных газов |
| Результаты этапа: 1. Рассчитаны неэмпирические потенциалы взаимодействия атомов металлов подгруппы цинка (Zn, Cd, Hg) и инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe). Погрешность полученных потенциалов, оцененная из сравнения расчетов в различных базисах, составляет около 1-2%. Полученные в интервале межатомных расстояний от 1 до 20 ангстрем энергии взаимодействия были аппроксимированы модельным потенциалом, который учитывает данные о дисперсионном взаимодействии (коэффициент С6), взятые из литературы. 2. Используя полученные потенциалы, были рассчитаны интегралы столкновений (Omega(n,m) n,m=1..4) в интервале температур от 100 до 3000 K, с помощью которых по известным формулам могут быть рассчитаны все основные транспортные свойства исследуемых газовых смесей. Погрешность полученных данных оценивается в 1-2%. 3. Проведено сравнение двух методов расчета транспортных свойств — классического и более точного квантовомеханического. Оказалось, что классический и квантовомеханический расчеты интегралов столкновений для данных систем почти совпадают. Например, для системы ZnHe, для которой квантовые эффекты должны быть наиболее заметны, отличие более 1% наблюдается только для температур меньших 60 K. Следовательно, квантовомеханический расчет интегралов столкновений имеет смысл только при экстремально низких температурах, в остальных случаях более оправдано использовать более простой классический метод. 4. Для коэффициентов диффузии проведено сравнение с имеющимися в литературе экспериментальными данными. Например, для смеси HgAr, наиболее экспериментально изученной, отличие составляет от 1 до 12%, в зависимости от температуры (см. рисунки 2 и 3). Следует отметить, что помимо собственно экспериментальной погрешности методов определения коэффициентов диффузии (порядка 5-10%), существует также значительный разброс экспериментальных значений полученных в разных работах (10-15%). Поэтому важное значение имеет неэмпирический расчет коэффициентов диффузии, погрешность которого по нашим оценкам составляет около 2 %. 5. Получены вторые перекрестные вириальные коэффициенты, которые могут быть использованы для точного расчета концентрации паров металлов в атмосфере инертных газов. 6. Разработана программа для квантовомеханического расчета интегралов столкновений одноатомных газов, основой которой является эффективный алгоритм поиска фазового сдвига волновой функции, решения уравнения Шредингера с соответствующим потенциалом. Программа может быть использована для получения транспортных свойств смесей разреженных одноатомных газов, при низких температурах, где классический метод расчета дает большую погрешность. | ||
| 2 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Квантовомеханический расчет термодинамических и транспортных свойств смесей технически важных одноатомных газов |
| Результаты этапа: 1. Проведен квантовохимический расчет потенциалов взаимодействия атомов рубидия и цезия с инертными газами (He, Ne, Ar, Kr, Xe) 2. Используя полученные потенциалы были рассчитаны интегралы столкновений и коэффициенты диффузии для соответствующих смесей в интервале температур 10–3000 К. Интегралы столкновений рассчитаны классическим и более строгим квантово-механическим методом, при этом квантовые эффекты становятся заметны лишь при очень низких температурах (при температурах более 50 K отличие менее 1%). 3. Разработан новый численный метод расчета фазового сдвига для радиального уравнения Шредингера, который можно использовать для квантовомеханического расчета интегралов столкновений. Данный метод более эффективный, чем существующие. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".