1.一种预测变压器用植物绝缘油物理化学性质的复合模型及应用,其特征是,它包括如下步骤:
步骤1,构建单分子模型,采用分子模拟软件构建甘油三亚麻酸酯(C57H92O6)、甘油三亚油酸酯(C57H98O6)、甘油三油酸酯(C57H104O6)和甘油三硬脂酸酯(C57H110O6)的单分子模型;
步骤2,构建绝缘油模型,构建以甘油三亚麻酸酯(C57H92O6)、甘油三亚油酸酯(C57H98O6)、甘油三油酸酯(C57H104O6)和甘油三硬脂酸酯(C57H110O6)分子按一定比例组成的大豆油基植物绝缘油模型盒子;
步骤3,运动黏度值计算,利用周期扰动法对不同温度下的大豆油基植物绝缘油进行分子动力学模拟,通过软件内置命令对模拟结果进行统计观察,得到剪切黏度的统计平均值,并通过公式计算不同温度下的运动黏度值;
步骤4,建立关系式模型,通过软件计算不同温度下大豆油基植物绝缘油的自由体积,并通过自由体积理论将模型进一步简化推广到能够预测更宽温度范围的植物绝缘油运动黏度,完成温度是运动黏度单一变量的黏温关系式模型的建立。
2.根据权利要求1所述的预测变压器用植物绝缘油物理化学性质的复合模型及应用,其特征是:
在步骤1中,单分子模型以B3LYP‑D3(BJ)/6‑311G(d,p)的泛函和基组级别分别进行结构优化,获得分子能量最低时的稳定结构;
在步骤2中,大豆油基植物绝缘油模型盒子进行能量最小化和初始平衡分子动力学模拟,根据实际密度、温度对大豆油基植物绝缘油的密度、温度进行设定调整。
3.根据权利要求1所述的预测变压器用植物绝缘油物理化学性质的复合模型及应用,其特征是:
在步骤1中,单分子模型的甘油三酸酯分子的结构是基于一个甘油主链与三个脂肪酸基相连,即是由一个甘油分子与三个脂肪酸分子经过酯化脱水反应生成;
在步骤2中,大豆油基植物绝缘油中的脂肪酸主要包括亚麻酸(linolenic acid)、亚油酸(linoleic acid)、油酸(oleic acids)、硬脂酸(stearic acid);对甘油三酸酯分子的种类进行简化,只考虑同种脂肪酸构成的甘油三酸酯分子。
4.根据权利要求1所述的预测变压器用植物绝缘油物理化学性质的复合模型及应用,其特征是:
在步骤2中,大豆油基植物绝缘油模型盒子中的四种主要甘油三酸酯分子比例分别是甘油三亚麻酸酯(C57H92O6):甘油三亚油酸酯(C57H98O6):甘油三油酸酯(C57H104O6):甘油三硬脂酸酯(C57H110O6)=1:5:2.4:1.6。
5.根据权利要求1所述的预测变压器用植物绝缘油物理化学性质的复合模型及应用,其特征是:
在步骤2中,在通过量子化学软件Gaussian结构优化单分子的基础上,大豆油基植物绝缘油模型盒子是通过Packmol软件将四种主要甘油三酸酯分子按一定比例构建的,并基于OPLS‑AA力场利用GROMACS软件对模型进行能量最小化和初始平衡分子动力学模拟。
6.根据权利要求5所述的预测变压器用植物绝缘油物理化学性质的复合模型及应用,其特征是:
系统模拟中使用的主要参数包括利用Leap‑frog积分器对运动方程进行积分;使用Berendsen恒温器控制温度和压力;系统三个方向均设置了周期边界条件(Periodic Boundary Condition,PBC);采用Particle‑Mesh Ewald(PME)方法处理静电相互作用;同时,对能量和压力都进行了校正。
7.根据权利要求5所述的预测变压器用植物绝缘油物理化学性质的复合模型及应用,其特征是:
采用一万步的共轭梯度法(Conjugated Gradient method,CG)对系统进行能量极小化,且每做1000步共轭梯度极小化时做一次最陡下降法(Steepest Decent method,SD)极小化;
初始平衡模拟分为两步,
第一步,在NVT系综下模拟,模拟时间步长为2fs,并结合使用单次退火使系统平衡到所需的温度;NVT即是固定N‑粒子数,V‑体积,T‑温度;
第二步,在NPT系综下模拟,模拟时间步长为2fs,目的是在要求的温度下调整系统的密度,直到体系达到平衡,使系统与实际体系更加接近更加合理;NPT即是固定N‑粒子数,P‑压强,T‑温度。
8.根据权利要求1所述的预测变压器用植物绝缘油物理化学性质的复合模型及应用,其特征是:
在步骤3中,
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运动黏度 式中,ν=运动黏度(cSt or mm/s),η=剪切黏度(cP or mPa·s),ρ=3
密度(g/cm);所有剪切黏度的模拟都在NVT系综下进行,使用单次退火严格控制系统温度,利用非平衡周期扰动法(periodic perturbation method)从体系中统计计算出剪切黏度的倒数值;模拟运行3ns,时间步长为1fs,瞬时剪切黏度倒数值以每0.1皮秒(ps)间隔取一次,包括初始结构在内总共有30001个剪切黏度统计值。
9.根据权利要求1所述的预测变压器用植物绝缘油物理化学性质的复合模型及应用,其特征是:
在步骤4中,
周期扰动法模拟得到大豆油基植物绝缘油运动黏度的基础上,利用NPT系综模拟得到不同温度下的模型结构,通过Multiwfn软件计算每个温度下大豆油基植物绝缘油模型的自由体积,并计算不同温度下自由体积占总体积的百分数。
10.根据权利要求1所述的预测变压器用植物绝缘油物理化学性质的复合模型及应用,其特征是:
在步骤4中,根据自由体积理论,剪切黏度、温度和自由体积的关系 式中η=剪切黏度(cP or mPa·s),T=温度(K), 同一温度下A、B是常数。