Inter molecular potential prediction by ab initio molecular orbital method for refrigerant property calculation

从头算分子轨道法预测分子间势用于制冷剂特性计算

• 批准号: 22K03946
• 负责人: 近藤 智恵子
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nagasaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03946/
• 关键词: 冷媒; 温暖化係数; 分子シミュレーション; 分子軌道計算; 分子間相互作用; 熱物性

次世代冷媒として期待されているフッ化エチレン系物質HFO1123，HFO1132（E），およびHFO1132aについて，非経験的分子軌道法の一つであるカプルドクラスター法を用いて分子構造最適化および原子電荷の割り当てを行った．分子内の結合長・結合角について変形エネルギーを計算し，計算結果にフィッティングを行ったパラメータを用いて分子内力場の構築を行った．汎用力場OPLS-AA/Lと比較したところ，結合長は良く一致するが，結合角については幾分乖離が見られた．次いで摂動法MP2を用いて二量体解析を行い，分子間相互作用エネルギーの増減を計算した．この計算結果から，分子間相互作用エネルギーを近似するLennard-Jones関数のパラメータについて，パラメータ調整を行うべき原子を選択した．この微調整には，分子動力学計算結果が，臨界点近傍で提供されている最新の気液密度の高精度測定値を参照した．気液平衡系の分子動力学計算の結果，それぞれの物質で，飽和液密度がおおむね1％以内で一致することを確認した．さらに，飽和蒸気密度，飽和圧力および表面張力についても計算精度が飛躍的に向上することを確認した．HFO1123では，稀薄蒸気についても再現を行い，平均力ポテンシャルから第2ビリアル係数を算出し，提案されている状態方程式が与える値と比較して広い温度範囲にわたって良く一致していることを確認した．しかしながら，第３ビリアル係数については状態方程式から大きく乖離した．第３ビリアル係数は，第2ビリアル係数に比して状態方程式の計算精度が著しく低下することが要因として考えられる．さらにボイル温度についても検証を行い，Tholらの理論計算値と概ね一致することを確認した．

Next generation refrigerant と し て expect さ れ て い る フ ッ change エ チ レ ン material HFO1123, HFO1132 (E), お よ び HFO1132a に つ い て, non 経 験 の molecular orbital method a つ で あ る カ プ ル ド ク ラ ス タ を ー method with い て molecular structure optimization お よ び atomic charge の cut り when て を line っ た. Intramolecular の combination of long, angular に つ い て - shaped エ ネ ル ギ ー を し calculation, calculation result に フ ィ ッ テ ィ ン グ を line っ た パ ラ メ ー タ を with い の build line を っ て molecular internal force field た. Universal force field OPLS - AA/L と compare し た と こ ろ, combined with good long は く consistent す る が, combined with Angle に つ い て は somewhat good see ら が れ た. The subで 摂 で摂 motion method MP2を uses the <s:1> て diploid to analyze the を rows of を, and the intermolecular interactions エネ, ギ, and <s:1> increase and decrease を are calculated as た た. こ の results か ら, intermolecular interaction エ ネ ル ギ ー を approximate す る Lennard - Jones masato number の パ ラ メ ー タ に つ い て, パ ラ メ ー タ line adjustment を う べ き atomic を sentaku し た. こ の micro adjustment に は, が molecular dynamics simulation results, a critical point nearly alongside で provide さ れ て い る latest の 気 liquid density measurement numerical を の high precision reference し た. 気 liquid equilibrium results の is の molecular dynamics calculation, そ れ ぞ れ で の substances, saturated liquid density が お お む ね within 1% agree で す る こ と を confirm し た. さ ら に, saturated steam 気 density, saturation pressure お よ び surface tension に つ い て も calculation accuracy に が jump up す る こ と を confirm し た. HFO1123 で は, thin steaming 気 に つ い て も reappearance を い, average force ポ テ ン シ ャ ル か ら 2 ビ リ ア を ル coefficient to calculate し, proposal さ れ て い る state equations が and え る numerical と compare し て hiroo い temperature fan 囲 に わ た っ て good く consistent し て い る こ と を confirm し た. The ながら, the third ビリア ビリア coefficient に, the て て, the equation of state ら ら, the large く く dissociation た. 3 ビ リ ア は ル coefficient, 2 ビ リ ア に ル coefficient than し て state equation is の calculation accuracy が the し く low す る こ と が by と し て exam え ら れ る. さ ら に ボ イ ル temperature に つ い て も 検 card line を い, Thol ら の theoretical calculation of numerical と almost consistent ね す る こ と を confirm し た.