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．

对于氟乙烯的材料，HFO1123，HFO1132（E）和HFO1132A，预计将是下一代制冷剂，使用caprududgulduster方法进行了分子结构优化和原子电荷分配，这是一种无实验的分子轨道轨道方法之一。计算了分子内的键长和键角的变形能，并使用拟合到计算结果的参数构建了分子内力场。与通用力场OPLS-AA/L相比，键长匹配良好，但是键角存在一些差异。接下来，使用扰动方法MP2进行二聚体分析，并计算分子间相互作用能的增加或减少。从这个计算结果中，我们选择了应对lennard-Jones函数的参数进行参数调整的原子，该参数近似于分子间相互作用能量。对于这种微调，分子动力学计算的结果参考了临界点附近提供的气体液体密度的最新高精度测量值。由于气液平衡系统的分子动力学计算结果，已证实每种物质的饱和液体密度与约1％或更少。此外，已经证实，饱和蒸气密度，饱和压力和表面张力的计算精度得到了显着提高。在HFO1123中，我们还重现了稀释蒸气，并从平均力电位中计算了第二个病毒系数，并确认它在较宽的温度范围内与拟议状态方程相比，它在较宽的温度范围内处于良好的一致性。但是，第三个病毒系数显着偏离状态方程。第三个病毒系数被认为是由于与第二个病毒系数相比，状态方程的计算准确性显着降低了。此外，还验证了沸腾温度，并确认它与Thol等人的理论计算大致相符。