本發(fā)明設(shè)計(jì)及電氣設(shè)備絕緣氣體狀態(tài)預(yù)測(cè)，特別設(shè)計(jì)一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、六氟化硫氣體因?yàn)槠鋬?yōu)異的物理性質(zhì)，目前仍在高壓電氣設(shè)備中廣泛流行。在高壓的工作情況下，局部放電是常見的故障之一，監(jiān)測(cè)氣體狀態(tài)稱為一項(xiàng)重要工作，它對(duì)設(shè)備的運(yùn)行具有很大的影響，可以優(yōu)化電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)、提高設(shè)備的可靠性和安全性。

2、目前，通過對(duì)氣體的絕緣特性的不斷研究，對(duì)六氟化硫的放電現(xiàn)象和規(guī)律有了深入探索，獲得了擊穿電壓的經(jīng)驗(yàn)公式，在一定范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合。在數(shù)值仿真方面的進(jìn)步，補(bǔ)充了對(duì)放電過程中電子數(shù)密度變化過程、離子數(shù)密度變化過程、電場(chǎng)分布等現(xiàn)象的研究。而在研究氣體放電機(jī)理以及檢測(cè)氣體狀態(tài)時(shí)，預(yù)測(cè)六氟化硫在不同外電場(chǎng)下的單個(gè)分子性質(zhì)的變化，預(yù)測(cè)外電場(chǎng)對(duì)氣體動(dòng)力學(xué)性能的影響，也具有重要意義，都能夠?yàn)闄z測(cè)氣體狀態(tài)相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)參考。

3、因此，需要一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，對(duì)研究氣體的六氟化硫微觀放電機(jī)理并且使其合理應(yīng)用提供一定的幫助。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，該方法能夠使用量子力學(xué)方法預(yù)測(cè)不同外電場(chǎng)條件對(duì)六氟化硫分子性質(zhì)的影響，使用分子動(dòng)力學(xué)方法預(yù)測(cè)不同條件下六氟化硫氣體的狀態(tài)變化，為電氣設(shè)備絕緣氣體的利用和狀態(tài)檢測(cè)提供更多微觀數(shù)據(jù)和參考，降低實(shí)驗(yàn)成本。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

3、s1)構(gòu)建六氟化硫單個(gè)分子模型，進(jìn)行能量和結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

4、s2)設(shè)置電場(chǎng)參數(shù)，對(duì)六氟化硫單個(gè)分子模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)和光譜曲線進(jìn)行計(jì)算；

5、s3)建立具有周期性邊界條件的模擬單元，包含128個(gè)六氟化硫分子；

6、s4)對(duì)模擬單元進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬，計(jì)算均方位移曲線和徑向分布函數(shù)，擬合擴(kuò)散系數(shù)的預(yù)測(cè)值；

7、進(jìn)一步地，所述步驟s1中，構(gòu)建六氟化硫分子時(shí)，建立分子式正確的六氟化硫初始分子模型，基于量子力學(xué)原子軌道線性組合方法，設(shè)置計(jì)算方法、基組、精度，對(duì)所構(gòu)建的分子進(jìn)行能量?jī)?yōu)化和幾何優(yōu)化，得到能量最低構(gòu)型；

8、進(jìn)一步地，所述步驟s2中，在輸入?yún)?shù)中添加electric_field，控制施加不同外電場(chǎng)的強(qiáng)度和方向；

9、進(jìn)一步地，計(jì)算的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)包括分子基態(tài)的總能量、電荷布局以及分子能級(jí)的變化，光譜曲線包括紅外吸收光譜、拉曼強(qiáng)度光譜；

10、進(jìn)一步地，所述步驟s3中，對(duì)建立的動(dòng)力學(xué)模擬單元進(jìn)行幾何優(yōu)化和退火模擬，得到能量最低狀態(tài)；

11、進(jìn)一步地，所述步驟s4中，通過腳本編輯將不同強(qiáng)度的外電場(chǎng)施加到模擬單元中，模擬六氟化硫氣體在電氣設(shè)備中工作的環(huán)境，對(duì)能量最低構(gòu)型進(jìn)行nvt系綜下的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算。

12、進(jìn)一步地，從分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算輸出的軌跡文檔中，計(jì)算出分子的均方位移曲線和徑向分布函數(shù)曲線，計(jì)算均方位移曲線的斜率獲得擴(kuò)散系數(shù)的變化。

13、與已有的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：提供了一種基于materialsstudio的外電場(chǎng)下六氟化硫的分子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，能夠構(gòu)建出六氟化硫的分子模型，預(yù)測(cè)在六氟化硫分子在不同強(qiáng)度的外電場(chǎng)作用下分子結(jié)構(gòu)的變化，以及分子動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化，為六氟化硫氣體相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究提供參考。通過將模擬與相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)比，初始模型更加接近實(shí)驗(yàn)值；基于軟件模擬計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，降低實(shí)驗(yàn)成本。

技術(shù)特征：

1.一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法。其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述的步驟s1中，優(yōu)化的計(jì)算方法和參數(shù)設(shè)置為lda-pwc泛函，dnd4.4基組，不對(duì)電子核電子進(jìn)行特殊處理，獲得分子的能量最低結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述的步驟s2中，設(shè)置電場(chǎng)關(guān)鍵字electric_field，控制施加外電場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟s3中，建立動(dòng)力學(xué)模擬單元，設(shè)置計(jì)算任務(wù)為construction，分子數(shù)為128，密度為0.006g/cm3。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟s4中，通過腳本編輯將不同強(qiáng)度的外電場(chǎng)施加到模擬單元中，共軛梯度優(yōu)化10000步的初始配置，時(shí)間步長(zhǎng)為1ps，在nvt系綜中進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，預(yù)測(cè)了六氟化硫分子在不同強(qiáng)度外電場(chǎng)影響下單個(gè)分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于materials?studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，六氟化硫在materials?studio中得出的預(yù)測(cè)結(jié)果，包括均方位移曲線和徑向分布函數(shù)隨電場(chǎng)強(qiáng)度變化曲線、擴(kuò)散系數(shù)隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化曲線。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電氣設(shè)備氣體狀態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)計(jì)一種基于Materials?Studio的外電場(chǎng)下六氟化硫動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：S1)構(gòu)建六氟化硫單個(gè)分子模型，進(jìn)行能量和結(jié)構(gòu)優(yōu)化；S2)設(shè)置電場(chǎng)參數(shù)，對(duì)六氟化硫單個(gè)分子模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)和光譜曲線進(jìn)行計(jì)算；S3)建立具有周期性邊界條件的模擬單元，包含128個(gè)六氟化硫分子；S4)對(duì)模擬單元進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬，計(jì)算均方位移曲線和徑向分布函數(shù)，擬合擴(kuò)散系數(shù)的預(yù)測(cè)值；該方法能夠預(yù)測(cè)在六氟化硫在不同強(qiáng)度的外電場(chǎng)作用下分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化，以及動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化，為六氟化硫氣體相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究提供參考。

技術(shù)研發(fā)人員：王英立,曹東躍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26