【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电弧等离子体参数计算领域，尤其涉及电弧等离子体热力学参数计算方法。
技术介绍
1、电弧现象是一个热场、气流场、电磁场之间相互耦合变化的复杂过程，高压断路器电弧微观特性研究旨在提升断路器绝缘性能，提升电力系统的安全。研究电弧等离子体微观特性首先要计算粒子组分，获得电弧等离子体粒子组分构成的前提条件是获得每个粒子的热力学参数。
2、热力学函数都涉及粒子配分函数的计算。配分函数是统计物理学中的一个重要概念，是联系微观物理状态和宏观物理量的桥梁。配分函数计算不只需要考虑气体离子的平动、分子内部的转动与振动能态，还需要考虑原子、离子等内部的激发能态，因此配分函数包括平动配分函数、振动配分函数、转动配分函数、电子配分函数，其中电子配分函数主要受激发能态的影响，随着温度的升高，粒子被激发的可能增高，使得电子配分函数的影响增大。这样在温度较高的情况下造成误差是不可忽略的，影响热力学参数的精度。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有的电弧等离子的配分函数在高温下误差大，影响热力学参数的精度的问题，提出了一种电弧等离子体热力学参数计算方法，提高了现有热力学参数的精度。
2、电弧等离子体热力学参数计算方法，包括如下步骤：
3、步骤1：使用密度泛函理论对构成电弧等离子体的分子进行结构优化，得到结构优化后的分子；
4、步骤2：对结构优化后的分子进行振动分析得到结构优化后的分子的平动态参数、转动态参数和振动态参数；所述平动态参数为粒子质量m；所述转
5、步骤2.1：建立表示结构优化后的分子中所有粒子的运动情况的薛定谔e.schrodinger方程；
6、所述薛定谔方程的表达式为：
7、
8、
9、其中，i表示虚数单位，h为约化普朗克常数；ψ(q)为不考虑时间对应的波函数；为不考虑时间的哈密顿算符，也称为厄米算符；ψ为波函数；e为粒子本身的能量；t为时间；
10、对于含有n个电子的分子，则表达式如下：
11、
12、
13、式中为动能算符，为位能算符，为拉普拉斯算符，m为粒子质量；v(x,y,z)表示三维势函数；(x,y,z)为电子的坐标；
14、步骤2.2：对薛定谔方程进行分离变量，得到表示电子运动的电子的波函数和表示原子核运动的原子核的波函数；
15、所述分离变量的方法为：
16、
17、式(5)中为电子的波函数，表示原子核的波函数；
18、步骤2.3：根据电子的波函数建立电子运动方程，并求解得到电子的能量；
19、所述电子运动方程为：
20、
21、式中，helectron表示电子运动的哈密顿算符；为电子的能量；
22、步骤2.4：根据原子核的波函数建立原子核运动方程并求解原子核的动能；
23、所述原子核运动方程为：
24、
25、式中，hnucl表示原子核运动的哈密顿算符，tnucl表示原子核的动能；
26、步骤2.5：根据原子核的动能计算分子的平动态参数、转动态参数和振动态参数；
27、步骤3：计算结构优化后的分子的激发态能量以及简并度；
28、步骤3.1：判断结构优化后的分子中原子的数量是否大于等于2个，若是则执行步骤3.2，若不是则执行步骤3.3；
29、步骤3.2：使用密度泛函的含时薛定谔方程tddft计算原子数量大于等于2个的结构优化后的分子的激发态能量以及简并度并直接执行步骤4；
30、步骤3.2.1：确定结构优化后的分子的ks轨道表示进而得到ks方程；
31、所述ks轨道表示为：
32、
33、其中un(r,t)代表第n个ks轨道，cjn表示第j条原子轨道对第n个ks轨道的贡献大小；为原子轨道基函数；
34、所述ks方程为：
35、
36、式(9)中α[ρ]表示电子密度，φ[ρ]是由含时电子密度的决定的含时波函数。
37、步骤3.2.2：根据ks方程应用runge-gross理论，得到总电子密度运动方程；
38、所述总电子密度运动方程为：
39、
40、其中j是原子编号，是电子相互作用，为动能算符；
41、步骤3.2.3：根据总电子密度运动方程计算分子的电子密度响应来获得分子的激发态，并通过对激发态的分析来得到简并度和能级能量并直接执行步骤4；
42、步骤3.3：从原子光谱数据库中获得单原子、单原子正离子的激发态能量以及简并度；
43、步骤4：根据分子的平动态参数、转动态参数和振动态参数计算平动配分函数、转动配分函数和振动配分函数。
44、所述平动配分函数的表达式为：
45、
46、式(11)中，m为粒子的质量，t为温度，k为玻尔兹曼常数，h为普朗克常数，r为理想气体常数；p为压强；
47、当分子由单个原子组成时，转动配分函数为：
48、
49、其中，σ为对称数，对称数用点群的方法来判断，若为对称分子则σ为1，若为不对称分子，则σ为2；i为转动惯量；
50、当分子由多个原子组成时，转动配分函数为：
51、
52、式中，ia,ib,ic为惯性矩，单位kg·m2；
53、所述振动配分函数为：
54、
55、
56、式中vi为第i个振动模式的频率，单位hz；是以势能面的底部为零点计算的振动配分函数；是通过将振动基态视为零点而计算出的振动配分函数；
57、步骤5：根据结构优化后的分子的激发态的能量及其简并度计算电子配分函数；
58、所述电子配分函数为：
59、
60、式(16)中gi是激发态的简并度，ei是激发态与基态能量的差，k为玻尔兹曼常数；
61、步骤6：根据平动配分函数、转动配分函数、振动配分函数和电子配分函数得到总体的配分函数并根据总体的配分函数确定粒子热力学参数恒压比热容cp，生成焓ht和熵st；所述总体的配分函数由平动配分函数qtrans与内部配分函数qint构成；所述内部配分函数包括转动配分函数、振动配分函数和电子配分函数；
62、所述总体的配分函数为：
63、q＝qtrans·qrot·qvib·qele＝qtrans·qint (17)
64、所述粒子热力学参数恒压比热容cp，生成焓ht和熵st的计算方法为：
65、
66、
67、
68、
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1.一种电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
3.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
4.根据权利要求3所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，所述步骤3.2具体包括：
5.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，步骤4中所述平动配分函数的表达式为：
6.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，步骤4中当分子由单个原子组成时，转动配分函数为：
7.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，步骤4中所述振动配分函数为：
8.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，步骤5中所述电子配分函数为：
9.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，步骤6中所述总体的配分函数为：
10.根据权利要求1所述
...【技术特征摘要】
1.一种电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
3.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
4.根据权利要求3所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，所述步骤3.2具体包括：
5.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算方法，其特征在于，步骤4中所述平动配分函数的表达式为：
6.根据权利要求1所述的电弧等离子体热力学参数计算...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓龙，刘思洁，王雯，高克利，林莘，颜湘莲，庚振新，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
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