Модели для расчета скоростей элементарных процессов в газах, плазме и на границе газ — твердое тело

Модели, применяемые в Khimera, позволяют рассчитать кинетические параметры элементарных процессов в газах, плазме и на границе газ — твердое тело, используя данные о молекулярной структуре и свойствах. Существуют модели для следующих классов и подклассов химических реакций.

Химия тяжелых частиц

• Прямые бимолекулярные реакции.
• Бимолекулярные реакции посредством долгоживущих промежуточных комплексов.
• Многоканальные мономолекулярные реакции.
• Диссоциация двухатомных молекул.
• Ионно-молекулярные реакции.

Поверхностные процессы

• Реакции газ-поверхность.
• Реакции на поверхности.
• Диффузия на поверхности.

Электронно-молекулярные реакции

• Упругое рассеяние электронов на молекулах.
• Возбуждение электронных уровней электронным ударом.
• Ионизация электронным ударом.
• Электронно-ионная рекомбинация.

Передача колебательной энергии

• Обмен энергией между колебательными уровнями (VV), а также колебательными и поступательными уровнями (VT).
• Обмен энергией между VRT-уровнями, VVR-уровнями.

Фотохимические реакции и передача энергии электронного возбуждения

• Фотовозбуждение двухатомных молекул.
• Фотодиссоциация двухатомных молекул.
• Диссоциативный электронный энергетический переход.
• Предиссоциация двухатомных молекул.
• Неупругие атомные столкновения.

Реакции в неполярных растворителях

• Коэффициенты диффузии.
• Мономолекулярные реакции нейтральных молекул.
• Бимолекулярные реакции нейтральных молекул.
• Флуоресцирующее гашение и возбуждающий переход.

Реакции в полярных растворителях

• Бимолекулярные реакции нейтральных молекул.
• Переход заряда.
• Реакции между ионами.
• Ионная рекомбинация.

Модели расчетов термодинамических и переносных свойств газов и плазмы

Модели, применяемые в Khimera, позволяют рассчитывать термодинамические свойства индивидуальных веществ в газовой фазе (идеальный газ) и переносные свойства многокомпонентных реагирующих смесей газов и плазмы, используя данные о молекулярных структурах и свойствах.

Термодинамические свойства чистых веществ в газовой фазе

Параметры молекулярной структуры вещества используются для вычисления:

• теплоемкости;
• энтальпии образования;
• энтропии.

Независимый набор моделей применяется для:

• двухатомных молекул;
• многоатомных молекул с внутренним вращением;
• атомов с учетом их электронно-возбужденных состояний.

Переносные свойства многокомпонентного реагирующего газа

Для расчета переносных свойств реагирующих газовых смесей используется метод Чапмана-Энскога. Доступен выбор модели и потенциала взаимодействия (Леннард-Джонс, HFD-B, Штокмайера, Букингема-Корнера, Борна-Майера). Рассчитываются следующие свойства:

• вязкость смеси;
• теплопроводность (трансляционная, внутренняя, реакционная, эффективная) смеси;
• коэффициенты бинарной диффузии и термодиффузии.

Обработка результатов расчетов и визуализация

Все свойства рассчитываются как функции температуры, давления и состава газа, электронной энергии и хранятся в табличной форме, которая используется для:

• экспорта в текстовые файлы, считываемые программами MS Excel и Origin;
• построения графиков рассчитанных величин как функции температуры, давления и состава газа, электронной энергии и т.п.;
• аппроксимации рассчитанных зависимостей широко распространенными интерполяционными формулами для дальнейшего использования в сторонних программах:
  • полиномами NASA и IVTAN для термодинамических функций,
  • аппроксимациями Аррениуса, Линдемана, Трое, SRI для констант скорости реакции.

Интегрированность с другими программами Kintech Lab и сторонних производителей

Для ускорения ввода исходных данных Khimera интегрирована с программами Kintech Lab и софтом других производителей:

• автоматически загружает молекулярные свойства веществ из базы данных KintechDB и инициализирует соответствующие параметры модели;
• автоматически считывает файлы результатов расчетов квантовохимических программ Gaussian, GAMESS, ADF, Jaguar и инициализирует соответствующие параметры модели;
• сохраняет рассчитанные аппроксимации термодинамических функций и скоростей реакций (полиномами NASA и IVTAN для термодинамических функций, аппроксимациями Аррениуса, Линдемана, Трое, SRI для констант скорости реакции) в базу данных KintechDB и активный проект программы Chemical Workbench.