Laufzeit-Nukleations-Kriterium für Molekularsimulationen metastabiler Zustände

0509633 - ÚT 2020 RIV DE ger A - Abstract
Celný, David - Thol, M. - Pohl, S. - Fingerhut, R. - Vinš, Václav - Span, R. - Vrabec, J.
Laufzeit-Nukleations-Kriterium für Molekularsimulationen metastabiler Zustände.
[Run time nucleation criteria for molecular simulation of metastable system states.]
German conference Thermodynamik-Kolloquium. Duisburg, 2019.
[German conference Thermodynamik-Kolloquium Duisburg 2019. 30.09.2019-02.10.2019, Duisburg]
R&D Projects: GA ČR(CZ) GA19-05696S
Institutional support: RVO:61388998
Keywords : molecular simulation * equation of state * metastable state * cluster criteria
OECD category: Thermodynamics

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Dampf-Flüssigkeit-Phasenübergängen mittels molekularer Simulationsmethoden. Dabei liegt der Fokus auf Untersuchungen der metastabilen Zustände des Systems, in denen Nukleation stattfindet. Diese metastabile Region befindet sich zwischen den Binodalen und den Spinodalen und ist experimentell nur sehr beschränkt zugänglich. Daher müssen experimentelle Ergebnisse für thermodynamische Stoffdaten in dieser Region durch anderen Methoden ergänzt werden. Diese Problematik wird hier mithilfe von Molekularsimulationen und entsprechenden Entscheidungskriterien für die Clusterbildung untersucht.
Clusterkriterien können indizieren, ob sich ein molekulares System in einem homogenen Zustand (metastabile Flüssigkeit oder metastabiler Dampf) befindet und die untersuchten Mikrozustände daher zulässige Konfigurationen sind. Integriert werden zwei verschiedene Algorithmen für den Dampf- und Flüssigkeitsteil 2 der metastabilen Region auf Basis der unterschiedlichen Dichten beider Phasen. Die aus Simulationen gewonnenen Daten werden analysiert und als weitere Datenquelle für die Entwicklung von Multiparameter-Zustandsgleichungen mit nur einem van der Waals-Loop genutzt. Zahlreiche in der Literatur verfügbare hochgenaue Fundamentalgleichungen verhalten sich aufgrund fehlender Messdaten im metastabilen Bereich physikalisch nicht korrekt. Mit dieser Studie soll dazu beitragen werden, die qualitativen Eigenschaften moderner, vielparametriger Zustandsgleichungen zu verbessern und deren Anwendbarkeit im Nassdampfgebiet zu verbessern.


This study investigate the problem of vapor liquid phase transition using molecular simulation methods. The focus on investigation of the metastable state of the system where nucleation processes take place. Thi metastable region is located between bunodal and spinodal and is experimentally hardly reachable. Therefore different methods have to be to obtain the thermodynamic data in this problematic region. In this study the molecular simulation tools were used in combination with the decision cluster criteria.
The cluster criteria can identify if the system is found in homogeneous state (even in metastable Liquid of metastable vapor) and is therefore valid micro-state konfiguration for the simulation. Two different Algorithms were employed for vapor and also liquid metastable region based on the different phase density. Collected data from simulations are submitted to analysis and are further utilized as another data-source for multi-parameter equations of state(EoS). This target numerous very precise fundamental EoS from literature. These EoS predict incorrect behavior in the metastable region precisely because of the missing data in metastable area. With presented study it is our intention to help improve the state of modern multi-parametric equations of state and enhance their usefulness for phase transition calculation.

Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0304644