Введение к работе
Потребность в информации о теплофизических свойствах технически важных жидкостей, служащих рабочими телами, тепло- и энергоносителями, растворителями, реагентами и т.д., обусловленная бурным ростом научно-технических и экологических проблем, все возрастает. В то же время возможности эксперимента естественно ограничены как числом известных на сегодняшний день молекулярных соединений (порядка восьми миллионов), так и наличием экстремальных областей изменения параметров. Поэтому разработка расчетных методов определения свойств веществ приобретает особую актуальность. В основе большинства теоретически обоснованных методов расчета в физике, химии, биологии и смежных разделах лежит знание энергии межмолекулярного взаимодействия. На сегодня точный расчет энергии межмолекулярного взаимодействия практически невозможен, поэтому обращаются к модельным представлениям о молекулах и их взаимодействиях (модельных потенциалах). Однако на этом уровне отсутствует эффективный, т.е. надежный и простой способ выбора модельных потенциалов, адекватно описывающих взаимодействие многоатомных молекул, образующих все технически важные соединения, что сдерживает решение многих исследовательских задач. Среди последних следует особо выделить превращение потенциально прогностических методов компьютерного моделирования (метод молекулярной динамики и Монте-Карло), основанных на задании потенциала межчастичного взаимодействия, в мощный инструмент расчета свойств конкретных вешестп. Одновременно обоснованный прогноз свойств веществ должен явиться базой решения фундаментальной проблемы выбора веществ с заранее заданными свойствами, что исключительно важно в настоящее время в связи со стоящими на экологическом уровне проблемами.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР отдела теоретической и математической физики и лаборатории термодинамики жидкостей и критических явлений Института физики Даг ФАН СССР на период J972- 1990г. (номера гос. регистрации 74005115, 78025432 ) и лаборатории теплофизики геотермальных систем Института проблем геотермии ДНЦ РАН в соответствии с общеакадемической программой фундаментальных исследований на период 1991-2000г. "Физико-технические проблемы энергетики".
Цель работы: Создание новой эффективной методики выбора потенциалов, адекватно моделирующих взаимодействие многоатомных молекул как основы корректного прогноза теплофизических свойств чистых (однокомпонентных) флюидов.
Научная новизна
Предложена новая концепция модельных - адекватных - потенциалов, в рамках которой выдвинута гипотеза о максимально информационноемком факторе (МИФ'е) модельного объекта, формирующем соответствующий адекватный потенциал.
Доказано, что в рамках модели сферических оболочек МИФ'ом объекта, формирующим потенциальную кривую, является новая характеристика, названная "жесткостью", которая имеет универсальный физический смысл, отражая факт электронно-ядерного устройства молекул.
Разработана не имеющая аналогов прогностическая методика выбора потенциалов, наиболее адекватно описывающих взаимодействие конкретных молекул, позволяющая проводить обоснованный расчет теплофизических свойств молекулярных соединений, включая прогноз критической температуры.
Ma защиту выносятся:
Новая концепция модельных - адекватных- потенциалов.
Результаты применения модели сферических оболочек при моделировании взаимодействий многоатомных молекул:
методика расчета параметров и описания формы потенциалов семейства сферических оболочек;
методика выбора потенциальных кривых-аналогов в семействах центральных потенциалов Ми(т-п) и Бэкингема (ехр-6),
методика прогноза критической температуры на основе сведений об адекватной потенциальной кривой.
физический смысл фактора, формирующего потенциал межчастичного взаимодействия и объясняющего термодинамическое подобие свойств веществ;
Практическая ценность работы.
Полученные результаты могут быть использованы:
для проверки существующих статистических теорий;
для теоретически обоснованных расчетов теплофнзпческих свойств реальных газов и жидкостей;
для исследования свойств конкретных систем методами численного эксперимента;
как основа для решения задачи выбора веществ с заранее заданными свойствами.
Личный вклад автора заключался в разработке программ численного эксперимента на основе ряда алгоритмов для метода молекулярной динамики и проведении расчетов иа ЭВМ к в исследовании свойств оболочечной модели при описании взаимодействий многоатомных молекул.
Апробация работы.
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на 9-й тсплофизической конференции стран СНГ (Махачкала, 1992), на Всесоюзном совещании "Теплофизика релаксируюших систем"(Тамбов, 1990), на 12-й Европейской конференции по тсплофизическим свойствам (Австрия, Вена, 1990), на Всесоюзном совещании-семинаре (Тамбов, 1988), на юбилейной сессии Даг.ФАН СССР (Махачкала, 1989), на Всесоюзном семинаре "Межмолекулярные взаимодействия для расчета теплофнзпческих свойств"(Москва, 1990), на 5-м Международном семинаре по растворам неэлектролитов и межмолекулярным взаимодействиям (ГДР, Халле, 1983), на Международной конференции "Математические модели в геотермомеханике и технологии нефтегазодобычи" (Махачкала, 1996), на Международной конференции "Фазовые переходы и критические явления в конденсированных средах" (Махачкала, 1998), на научно-практических конференциях молодых ученых Дагестана (Махачкала, 1978,1979).
Публикации. По результатам исследования опубликовано 15 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы (158 наименований) и двух приложений (в виде таблиц). Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков и 35 таблиц.