ИСТИНА

Целью проекта является развитие метода выпуклых оболочек для проведения расчетов фазовых равновесий в многокомпонентных системах. Метод был разработан ранее в лаборатории химической термодинамики Химического факультета МГУ и апробирован при построении диаграмм состояния бинарных и квазибинарных систем. В рамках настоящего проекта предполагается разработать приемы построения выпуклой оболочки энергии Гиббса многокомпонентной системы и анализа получаемых с ее помощью данных с учетом многообразия фазовых равновесий в таких системах. При этом особое внимание будет уделено разработке алгоритмов аппроксимации непрерывных термодинамических функций растворов, выбору подходящей сетки узлов в зависимости от топологии конкретных фазовых диаграмм, а также подбору подходящих термодинамических моделей фаз в случаях, когда термодинамическая информация об этих фазах ограничена или вообще отсутствует. Планируется создание оригинального информационно-вычислительного комплекса, информационная часть которого будет содержать сведения о термодинамических свойствах фаз постоянного и переменного состава в изучаемых многокомпонентных системах, а программная часть – совокупность компьютерных программ обработки этих данных, ядром которых является метод выпуклых оболочек. В целях улучшения наглядности проводимых расчетов в создаваемый информационно-вычислительный предполагается внедрить комплекс процедур компьютерной визуализации многомерных поверхностей энергии Гиббса и поверхностей фазовых равновесий.

Разработан алгоритм расчёта фазовых равновесий и создан программный комплекс TERNAPI для построения сечений фазовых диаграмм тройных систем с помощью метода выпуклых оболочек, основанный на проектировании выпуклой оболочки энергии Гиббса системы на плоскость мольных долей компонентов и последующем топологическом анализе свойств этой проекции. Анализ проекции позволяет выяснить принадлежность ее треугольников к одно-, двух- и трехфазным областям диаграммы на основе их геометрических характеристик с последующим определением границ областей сосуществующих фаз и проведением коннод в двухфазных областях тройной системы. В автоматическом режиме проводится триангуляция изобарно-изотермических сечений фазовых диаграмм, выделяются и обозначаются поля существования бинарных и тройных равновесных смесей. Комплекс реализован на языке MatLab и откомпилирован с помощью MatLab Compiler, что позволяет использовать его на компьютерах без программной среды MatLab. В состав комплекса введены готовые функции моделей NRTL, e- NRTL, UNIQUAC, подрешёток, полиномиальных и других аналитических способов описания термодинамических свойств фаз переменного состава; подключены базы данных SGTE по термодинамическим свойствам простых веществ. Предусмотрена возможность решения обратных термодинамических задач, а именно расчета и реоптимизации параметров термодинамических моделей растворов на основании имеющихся экспериментальных данных и сведений о фазовых диаграммах при выбранной физической модели растворов. Тестирование возможностей программного комплекса проведено на ряде водно-органических, металлических и полупроводниковых систем, таких как вода – спирт – 18-краун-6 (спирт = бутанол-1, бутанол-2, изобутанол); вода – бутанол-1 – хлорид натрия (хлорид кальция, хлорид магния), мочевина – биурет – вода, индий - галлий – сурьма, алюминий - галлий – сурьма, магний – алюминий – сурьма и др. Всего в ходе выполнения проекта было построено свыше 100 фазовых диаграмм модельных и реальных тройных систем, часть из которых рассчитана впервые.