Термодинамическое моделирование сложных химических систем при высоких давлениях и температурах

• Автор: Викторов, Сергей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 202 с.

1. МЕТОДИКА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1. Типы задач, которые могут быть решены

1.2. Методика решения основных термодинамических задач

1.3. Расчет термодинамических функций газовой и конденсированных фаз на основе заданных уравнений состояния

1.4. Определение равновесного фазового состава продуктов

1.5. Методика расчета параметров детонационных и ударных волн

1.6. Компьютерная реализация расчетных методик

Выводы к разделу

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ОДНОКОМПОНЕНТНОГО ФЛЮИДА С ПОТЕНЦИАЛОМ ЕХР

2.1. Теория возмущения КЫШ

2.2. Методика расчета слагаемого ^ энергии Гельмгольца

2.3. Результаты расчетов термодинамических свойств флюида с потенциалом Ехр
2.4. Сравнение с лучшими существующими моделями
Выводы к разделу
3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ ЕХР
3.1. Основные допущения теоретической модели уравнения состояния и вид потенциалов взаимодействия молекул
3.2. Модель эффективного однокомпонентного флюида ус1У1
3.3. Расчет избыточных термодинамических параметров многокомпонентной газовой фазы по разработанному уравнению состояния и сравнение с данными моделирования Монте-Карло
3.4. Реализация разработанной модели уравнения состояния в
термодинамическом коде
Выводы к разделу
4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРЕДЛОЖЕННОЙ
МОДЕЛИ УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ
4.1. Методика определения параметров потенциалов Ехр-б и найденные потенциалы
4.2. Сравнение надежности воспроизведения результатов ударноволновых и статических экспериментов разработанной моделью, теоретическими моделями из лучших зарубежных термодинамических кодов и полуэмпирическими уравнениями
состояния
4.3. Тестирование разработанной модели уравнения состояния на
более сложных химических системах
Выводы к разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В РЕЦЕНЗИРУЕМЫХ НАУЧНЫХ ИЗДАНИЯХ
ДОКЛАДЫ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ НА НАУЧНЫХ КОНФЕРЕНЦИЯХ И СИМПОЗИУМАХ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Термодинамическое моделирование сложных химически реагирующих систем применяется при решении практических задач в различных областях науки и техники в течение многих лет. В настоящее время термодинамические расчеты успешно используются при разработке новых высокотемпературных процессов; технологий, предотвращающих загрязнение окружающей среды; при исследовании химических процессов в энергетических установках; для оптимизации процессов получения материалов для микроэлектроники; в анализах стабильности материалов в агрессивных средах; в задачах физики и химии детонационных и ударных волн и т.д.
Теоретические основы термодинамического анализа сложных химических систем были заложены Гиббсом в работе «О равновесии гетерогенных веществ» [1,2] еще в конце 19-го века. Примерно через 50 лет после опубликования этой работы Льюис и Рэнделл в своем известном труде [3] показали пути для использования основных идей Гиббса на практике. Наконец, в середине 20-го столетия с появлением средств вычислительной техники стало возможным создавать по-настоящему эффективные инструменты термодинамического моделирования в виде компьютерных кодов.
Один из первых алгоритмов термодинамического расчета равновесного состава химических систем был разработан Бринкли [4,5] на основе метода констант равновесия (МКР). Немного позже появились алгоритмы [6,7], использующие другой подход: поиск условного минимума энергии Гиббса.
Первая достаточно универсальная компьютерная программа для равновесных термодинамических расчетов с широкой областью применения была разработана в 1962 г. в США [8]. Этот код позволял проводить вычисления для произвольных многокомпонентных идеально-газовых смесей, а также смесей идеального газа с небольшими количествами

1.6. Компьютерная реализация расчетных методик
Описанные выше расчетные методики и алгоритмы термодинамического моделирования были реализованы в виде ТДК [33,63-66]. Он предназначен для работы на современных персональных компьютерах под управлением операционных систем Microsoft Windows 98/NT/2000/XP и позволяет проводить термодинамические расчеты для сложных, многофазных и многокомпонентных химических систем любого элементного состава в состояниях с двумя заданными термодинамическими параметрами, а также стационарных течений в детонационных и ударных волнах.
С помощью ТДК могут выполняться как полностью равновесные расчеты, так и с заданным химическим, тепловым и/или механическим неравновесием, с учетом или без учета ионизации продуктов. В результате вычислений находятся химический состав и термодинамические параметры продуктов, включая дифференциальные параметры. В задачах моделирования стационарных течений дополнительно определяются такие параметры как скорость волны, скорости потоков фаз и т.д.
Возможности реализованной в ТДК методики позволяют использовать в программе различные УРС для газовой и конденсированных фаз. Каждая включенная в ТДК модель УРС обслуживается отдельными подпрограммами, имеющими единый интерфейс с прочими модулями кода.
В текущую версию программы включены различные теоретические и полуэмпирические модели. Для газовых фаз это УРС идеального газа для расчетов при невысоких давлениях; вириальное УРС с пятью вириальными коэффициентами для повышенных давлений; разработанное для области высоких давлений и температур полуэмпирическое УРС BKW [6,24,25] с наборами параметров Мейдера [24,25], BKWR [26,27], BKW-RR [28], BKWS [29], BKWC [30]; полученная в этой работе (см. разделы 2-4) надежная теоретическая модель, построенная на основе потенциалов взаимодействия молекул и теории возмущения и применимая в широкой области давлений и