[发明专利]一种流体相混合体系多重化学平衡计算系统

摘要

本发明涉及一种流体相混合体系多重化学平衡计算系统，包括数据输入、混合体系多重化学平衡计算模块、体系系列热力学性质计算模块，计算结果输出模块；当无需考虑微粒的结构与形状所带来影响时，已知各反应和生成物种的初始物质的量及参考态摩尔Gibbs自由能，借助热力学模型对体系的Gibbs自由能、各物种活度系数的计算，通过逐步二次规划最优化算法计算整个混合体系的Gibbs自由能最小值，计算各反应物与生成物种多重化学平衡状态物质的量{Xi}，进而计算混合体系系列平衡状态性质；该计算系统在计算化学平衡时无需进行经验尝试，通过最优化程序和算法即能高效、快速计算各反应与生成物种在多重化学平衡状态下的浓度，活度、活度系数等多个混合体系热力学性质。

主权项

一种流体相混合体系多重化学平衡计算系统，其特征在于：所述计算系统包括数据输入，计算初始化，混合体系Gibbs自由能最小化计算，混合体系系列平衡性质计算，计算结果输出与保存五个模块；对气体混合体系、电解质溶液体系、小分子溶液体系及大分子稀溶液体系四类流体混合体系，当无需考虑物种的结构与形状所带来影响时，已知各物种的初始物质的量{Xi}及参考态摩尔Gibbs自由能改变{Xi}时，借助相应的热力学模型对体系的Gibbs自由能、各物种活度系数及活度系数的计算，通过逐步二次规划最优化算法SQP计算整个混合体系的Gibbs自由能最小值，此时得到多重化学平衡状态下各反应物与生成物的物质的量{Xj}，由此进一步计算体系系列平衡状态性质；所述计算系统组成及计算流程为：1)所述数据输入，是将混合体系各组分的名称{Lj}及含量{Nθj}，依据反应Σθij·Lj＝Si生成各个物种的名称{Si}、计量系数{θij}、参考态Gibbs自由能温度条件T，混合体系类型，以及可附加的可扩展数据和数据表；2)所述计算初始化，是依据各组分的物质的量{Lj}确定各个物种{Si}的初始物质的量{Xi}；依据混合体系的类型确定混合体系并选择恰当的热力学模型，混合体系包括气体混合物、电解质混合溶液、小分子混合体系或大分子稀溶液体系；3)所述混合体系Gibbs自由能最小化计算，是先设置混合体系的Gibbs自由能最小化过程中的目标函数目标函数函数的梯度函数以及约束条件∑Xiθij＝Nθj，∑Xi＝Nt，Xi≥0；然后热力学模型计算各物种的活度系数fi，并进一步计算上述目标函数与目标函数的梯度函数，再调用donlp2或SNOPT最优化程序，基于逐步二次规划最优化算法完成Gibbs自由能最小值计算，返回目标函数极值点，即混合体系Gibbs自由能的最小值gmin及gmin下各物种的物质的量X1,X2,...,Xi,...，其中，gid,mix表示混合体系理想混合能，gex表示超额Gibbs自由能，R表示气体常数，Nt为体系微粒总物质的量；4)所述混合体系系列平衡性质计算，是通过混合体系Gibbs自由能最小化计算模块中返回的极值点，即gmin下各物种的物质的量X1,X2,...,Xi,...计算各物种的浓度xi，基于热力学模型计算各物种的活度ai、活度系数fi以及各组分的活度aj及活度系数fj，计算生成各物种的平衡常数{Ki}与反应Gibbs自由能变为了保证计算结果的可靠性，利用验证活度ai与活度系数fi的合理性，利用验证活度aj与活度系数fj的合理性，利用验证平衡常数lnKi＝lnai‑Σθijlnaj计算合理性，利用验证反应过程Gibbs自由能变合理性，其中，R表示气体常数，T表示热力学温度；5)所述计算结果输出，是对所述混合体系系列平衡性质计算模块计算结果，即混合体系系列平衡性质计算进行输出并保存。