[發(fā)明專利]一種用于絕緣氣體電離碰撞截面的計算方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010936337.9
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112100897A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 仲林林;顧琦;鄭尚直
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G16C20/20
• 代理公司: 北京同輝知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 王依

本發(fā)明公開一種用于絕緣氣體電離碰撞截面的計算方法，涉及等離子體技術領域，該方法包括：優(yōu)化絕緣氣體的分子結(jié)構；計算BEB和DM模型的輸入?yún)?shù)，所述輸入?yún)?shù)包括結(jié)合能、動能、電離能和分子軌道成分；在此基礎上使用BEB和DM模型分別計算絕緣氣體分子的電離碰撞截面；再依據(jù)本公開設計的混合公式融合BEB和DM模型的結(jié)果計算最終的絕緣氣體分子電離碰撞截面；本公開能夠在入射電子能量的高能段和低能段分別融合BEB和DM模型的結(jié)果，從而以比單一模型更高精度的方式計算出絕緣氣體的電離碰撞截面，為氣體的絕緣設計提供基礎數(shù)據(jù)。

技術領域

本公開涉及一種絕緣氣體電離碰撞截面計算方法，屬于等離子體技術領域。

背景技術

SF₆是電力系統(tǒng)中廣泛使用的絕緣氣體，但SF₆氣體溫室效應很高，其溫室效應指數(shù)GWP約為CO₂的23900倍。近年來，一些具有高絕緣強度和低溫室效應指數(shù)的絕緣氣體陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)有很大的潛力替代SF₆作為絕緣介質(zhì)，如C₅F₁₀O、C₄F₇N等。但這些新型氣體的絕緣放電機理尚不清楚，尤其是作為絕緣性能評估關鍵參數(shù)之一的電離碰撞截面依然缺失，影響了環(huán)保氣體的理論研究和工程應用?，F(xiàn)有的部分電離碰撞截面計算模型，如BEB模型和DM模型，都是針對小分子氣體提出的，對C₅F₁₀O、C₄F₇N等大分子環(huán)保型氣體誤差較大，無法計算得到精準的基礎數(shù)據(jù)，從而限制了環(huán)保氣體的絕緣研究設計進程，因此，我們提出一種用于絕緣氣體電離碰撞截面計算的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本公開的目的在于提供一種用于絕緣氣體電離碰撞截面的計算方法，在入射電子能量的高能段和低能段分別融合BEB和DM模型的計算結(jié)果，從而以比單一模型更高精度的方式計算出絕緣氣體的電離碰撞截面，為氣體的絕緣設計提供基礎數(shù)據(jù)。

本公開的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)：一種用于絕緣氣體電離碰撞截面的計算方法，所述方法包括如下步驟：

(1)優(yōu)化絕緣氣體的分子結(jié)構；

(2)計算BEB模型的輸入?yún)?shù)；

(3)根據(jù)BEB模型計算絕緣氣體分子的電離碰撞截面；

(4)計算DM模型的輸入?yún)?shù)；

(5)根據(jù)DM模型計算絕緣氣體分子的電離碰撞截面；

(6)根據(jù)混合公式融合BEB模型和DM模型的結(jié)果，計算最終的絕緣氣體分子電離碰撞截面。

作為本公開進一步的方案，所述步驟(1)中，優(yōu)化絕緣氣體分子結(jié)構使用的方法是基于APF-D泛函的密度泛函理論DFT方法，其中對于原子數(shù)較多的絕緣氣體分子，可以先使用小型基組進行初步優(yōu)化，得到一個初步的分子結(jié)構，然后使再用APF-D方法進行最終優(yōu)化，這樣可以在保持優(yōu)化精度的基礎上，縮短優(yōu)化時間。

作為本公開進一步的方案，步驟(2)中，所述BEB模型的輸入?yún)?shù)包括：分子軌道的結(jié)合能、動能以及分子的電離能。

作為本公開進一步的方案，步驟(2)具體包括：

(21)基于步驟(1)優(yōu)化得到的分子結(jié)構，通過APF-D/aug-cc-pvtz量子化學計算模型，計算絕緣氣體分子各軌道的結(jié)合能和動能；

(22)由于價層電子軌道結(jié)合能對于結(jié)果影響較大，需要運用電子傳播理論EPT方法對步驟(21)獲得的價層電子軌道結(jié)合能進行修正，提高計算精度；

(23)采用完備基組CBS方法計算絕緣氣體分子的電離能。