Výpočet standartních termodynamických funkcí jednoduchých sloučenin v podmínkách termálního plazmatu
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Podstatou předkládané práce je poskytnout standardní termodynamické funkce (STF) pro výpočet složení a termodynamických vlastností nízkoteplotního plazmatu a též metoda pro takový výpočet používající získané STF za podmínek neideálního plazmatu. S ohledem na další aplikace v modelování jevů v termálním plazmatu je rozsah tlaků omezen na oblast od 0.01 bar do 100 bar a teploty 298.15-50 kK. Pro získání STF byla navržena metoda partiční funkce vycházející ze statistické mechaniky. Byl podán přehled posledního stavu v dané vědecké oblasti a teoretické základy nezbytné pro vytvoření metody spolu s diskusí problému divergence partiční funkce. Pro výpočet STF dvouatomových molekul byla použita metoda přímé sumace, zatímco pro větší molekuly byl obecně přijat model tuhého rotoru a harmonického oscilátoru. Spektrální data potřebná pro výpočty byla převzata z literatury, případně ve vybraných případech vypočtena ab initio metodami kvantové chemie. Výsledné STF byly začleněny do již existujícího databázového systému a mohou sloužit jako vstupní data pro další termodynamické výpočty. Za účelem výpočtu složení a termodynamických vlastností neideálního homogenního plazmatu byla vypracována obecná metoda. Metoda je založena na minimalizaci celkové Gibbsovy energie pro výpočet za konstantního tlaku, případně Helhmholtzovy energie pro výpočet za konstantního objemu. Výpočetní algoritmus byl implementován do počítačového programu a použit na výpočet složení a termodynamických vlastností produktů disociace a ionizace SF6 s využitím získaných STF.
The substance of present work is to provide standard thermodynamic functions (STF) of small size molecules for the calculation of the composition and thermodynamic properties of low-temperature plasma, and also method for such a calculation applying obtained STF under non-ideal plasma conditions. With a view to further application in modelling the phenomena in thermal plasma the range of pressures is limited to the region from 0.01 bar to 100 bar, and that of temperature to 298.15–50 kK. To obtain STF the method of partition function resulting from statistical mechanics was proposed. State of art in the given scientific area and theoretical basis of the statistical mechanics required for establishing of the proposed method together with discussion of partition function divergence problem have been reviewed. For the calculation of STF of diatomic molecules the method of direct summation has been employed, whereas, as for the larger size molecules, the rigid rotor and harmonic oscillator model have been generally adopted. The spectral data required for the calculations have been taken from literature, or, in selected cases, these have been computed by quantum chemistry ab initio techniques. The resulting STF have been included into already existing database system of thermodynamic properties and those can serve as input data for subsequent thermodynamic calculations. A general method has been worked out for the purpose of the computation of thermodynamic properties and composition of non-ideal homogenous plasma system in thermodynamic equilibrium. The method is based on minimizing total Gibbs energy to compute at constant pressure or Helmholtz energy to compute at constant volume. The computation algorithm was implemented into computer program and subsequently applied to the computation of the composition and thermodynamic properties of SF6 dissociation and ionization products using obtained STF.
The substance of present work is to provide standard thermodynamic functions (STF) of small size molecules for the calculation of the composition and thermodynamic properties of low-temperature plasma, and also method for such a calculation applying obtained STF under non-ideal plasma conditions. With a view to further application in modelling the phenomena in thermal plasma the range of pressures is limited to the region from 0.01 bar to 100 bar, and that of temperature to 298.15–50 kK. To obtain STF the method of partition function resulting from statistical mechanics was proposed. State of art in the given scientific area and theoretical basis of the statistical mechanics required for establishing of the proposed method together with discussion of partition function divergence problem have been reviewed. For the calculation of STF of diatomic molecules the method of direct summation has been employed, whereas, as for the larger size molecules, the rigid rotor and harmonic oscillator model have been generally adopted. The spectral data required for the calculations have been taken from literature, or, in selected cases, these have been computed by quantum chemistry ab initio techniques. The resulting STF have been included into already existing database system of thermodynamic properties and those can serve as input data for subsequent thermodynamic calculations. A general method has been worked out for the purpose of the computation of thermodynamic properties and composition of non-ideal homogenous plasma system in thermodynamic equilibrium. The method is based on minimizing total Gibbs energy to compute at constant pressure or Helmholtz energy to compute at constant volume. The computation algorithm was implemented into computer program and subsequently applied to the computation of the composition and thermodynamic properties of SF6 dissociation and ionization products using obtained STF.
Description
Citation
ŽIVNÝ, O. Výpočet standartních termodynamických funkcí jednoduchých sloučenin v podmínkách termálního plazmatu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2011.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Fyzikální chemie
Comittee
prof. Ing. Peter Šimon, DrSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Kovařík, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ladislav Omelka, DrSc. (člen)
prof. RNDr. Vratislav Kapička, DrSc. (člen)
Ing. Petr Křenek, CSc., oponent (člen)
doc. RNDr. Milada Bártlová, Ph.D., oponent (člen)
doc. RNDr. František Krčma, CSc., školitel (člen)
Date of acceptance
2011-01-27
Defence
Předseda komise nejdříve představil doktoranda Mgr. Živného. Poté následovala 30 minutová powerpointová prezenatce. Byly přečteny posudky a doktorand velmi uspokojivým způsobem zodpověděl dotazy v nich položené a rovněž dotazy, které vzešly z diskuze.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení