基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF6的方法

摘要

本发明涉及绝缘气体技术，具体涉及基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF6的方法，通过密度泛函理论下的B3LYP方法及6‑311G+(d,p)基组对分子的构型进行优化，选择最优分子结构，通过计算分子之间吸引力和斥力，当吸引力和排斥力达到平衡时，认定两个分子的构型中心的垂直距离为分子截面。将分子截面通过玻尔兹曼方程求解电子能量分布函数，判断电离系数与附着系数的数值，从而确定该气体的介电强度；将该气体的介电强度与SF6比对，若低于SF6的介电强度，则舍弃该气体作为替代气体；若高于SF6的介电强度，则将该气体作为替代气体。该能快速确定新型气体物质的介电强度，为寻找SF6替代气体提供了方便。

说明书

技术领域

本发明属于电力设备绝缘气体技术领域，尤其涉及基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF

背景技术

SF

但是当今寻找替代SF

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种通过分析气体分子的分子结构，判断气体分子的分子截面从而寻找替代SF

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF

步骤1、建立气体分子球型模型，使用Guass软件对气体分子模型进行B3LYP方法及6-311G+(d,p)基组下的结构优化，获得气体分子最优结构，使得分子在最低能级下运动；

步骤2、利用Lennard-Jone理论计算两个气体分子之间的吸引力和斥力，当气体分子所受到的吸引力与斥力达到平衡时，得到两个分子的几何中心的垂直距离为分子截面；

步骤3、将步骤2所得的分子截面通过玻尔兹曼方程求解电子能量分布函数，判断电离系数与附着系数的数值，从而确定该气体的介电强度；

步骤4、将步骤3所得该气体的介电强度与SF

在上述基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF

分子吸引能：

分子排斥能：

U＝U

化简为：

若r＝r

式中，U

当分子稳定时，分子的总动能为0，则E＝0，可以求得分子间距离，从而得到分子截面；

已知分子直径r，就可以得到分子间距离x，从而得到分子截面Z＝2r+x。

在上述基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF

通过分子碰撞截面σ计算公式：

根据等离子体的动力学理论，六维相空间中电子分布函数满足玻尔兹曼方程：

式中:v代表了电子速度；e代表了电子电荷量；m

求解上述玻尔兹曼方程可以得到f电子分布函数，再通过其电离系数与吸附系数为：

α、η为电离和吸附系数，电子能量ε＝(v/Z)

当α＝η时，则对应的电场强度为介电强度。

在上述基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF

在上述基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明能快速确定新型气体物质的介电强度，为寻找SF

附图说明

图1为本发明一个实施例两个分子截面示意图；

图2为本发明一个实施例两个分子模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF

本实施例气体分子为非极性气体分子，分子最外层电壳趋近饱和，不会形成氢键。气体单种气体分子，不含有杂质气体分子。

本实施例也适用于球型模型的极性气体分子，如H

本实施例通过Gauss中密度泛函理论(DFT)下的B3LYP方法及6-311G+(d,p)基组构建非极性分子的气体构造模型。

并使用Lennard-Jone理论进行如下计算：

U＝U

化简为：

若r＝r

式中，U

当分子稳定时，分子的总动能为0，则E＝0，可以求得分子间距离，从而得到分子截面。

如图1所示，已知分子直径r，就可以得到分子间距离x，从而得到分子截面Z＝2r+x。

通过分子碰撞截面σ计算公式：

根据等离子体的动力学理论，六维相空间中电子分布函数满足玻尔兹曼方程：

式中:v代表了电子速度；e代表了电子电荷量；m

同上求解上述玻尔兹曼方程可以得到f电子分布函数，再通过其电离系数与吸附系数为：

α、η为电离和吸附系数，电子能量ε＝(v/Z)

当α＝η时，则对应的电场强度为介电强度。

在选取SF

如图2所示，具体实施时，基于密度泛函理论的求解分子截面寻找替代SF

S1，建立气体分子球型模型(必须为类球形分子)，使用Guass软件对气体分子模型进行B3LYP方法及6-311G+(d,p)基组下的结构优化，获得气体分子最优结构，使得分子能够在最低能级下运动；

S2，获得气体分子最优结构，才用Lennard-Jone理论计算两个气体分子所受的范德瓦尔斯吸引力和库仑力与泡利不相容原理导致的斥力，当气体分子所受到的吸引力与斥力达到平衡时，两个分子的几何中心的垂直距离为分子截面。

S3，使用上述计算的分子截面通过玻尔兹曼方程求解电子能量分布函数，判断电离系数与附着系数的数值，从而确定该气体的介电强度。

S4，将计算出来的气体的介电强度与SF

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。