Термодинамика в сети Интернет

В начало

Появление и широкое распространение Интернета способствовали развитию методов термодинамического моделирования. Находясь в одной точке земного шара термодинамические вычисления можно выполнять на компьютере, который находится на другом континенте. Однако пока все-таки удобнее проводить расчеты на компьютере, который находится на столе исследователя. 

Ниже приводятся ссылки на некоторые сайты, на которых можно найти информацию, относящуюся к проблемам термодинамического моделирования. Разумеется, список далеко не полон. Краткие описания частично заимствованы из оригинальных источников.


http://webbook.nist.gov

Данный сайт предоставляет сведения о термодинамических и теплофизических свойствах веществ, собранных в NIST в рамках программы Standard Reference Data (SRD). В NIST существуют давние традиции получения надежных термохимических данных, заложенные в 20-е годы XX века при выпуске International Critical Tables. Эти традиции продолжаются и в новых базах SRD по термохимическим свойствам органических и неорганических веществ.

·        Термохимические сведения о свойствах более 6000 органических и неорганических веществ:

o   энтальпия образования,

o   теплота сгорания,

o   теплоемкость

o   энтропия

o   энтальпии и температуры фазовых переходов,

o   давления паров.

·        Термохимические сведения для более 9000 реакций:

o   тепловой эффект реакции,

o   изменение энергии Гиббса реакции.

Кроме  того, на сайте есть еще несколько баз данных, предоставляющих бесплатный доступ к информации в режиме online.


http://kinetics.nist.gov/janaf/

Здесь приводится информация о термодинамических и термохимических свойствах индивидуальных веществ из справочника NIST-JANAF.


www.computherm.com

CompuTherm LLC  - компания, создана в 1996 году для разработки программных комплексов, предназначенных для расчета фазовых диаграмм. Научным руководителем компании является профессор Y. Austin Chang (Wisconsin Distinguished Professor and member of the National Academy of Engineering), который занимается вопросами расчетов фазовых диаграмм в University of Wisconsin-Madison начиная с 80-х годов прошлого века.

В число разработок компании входят 
- Pandatпрограммный комплекс для расчетов фазовых диаграмм и термодинамических характеристик многокомпонентных сплавов (S.-L. Chen, et al, The PANDAT software package and its applications // CALPHAD. – 2002. - V.26, № 2.P. 175-188; W. Cao, et al. PANDAT software with PanEngine, PanOptimizer and PanPrecipitation for multi-component phase diagram calculation and materials property simulation // CALPHAD. - 2009.-V. 33. - P.328-342 ); 
Кроме того, в CompuTherm разработано несколько коммерческих баз данных по сплавам.

http://www.crct.polymtl.ca/fact/fact.htm

Программный комплекс F*A*C*T (Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics) создан в результате выполнения совместного проекта между двумя университетами - McGill University (Professor William T. Thompson) и École Polytechnique de Montréal (Professors Christopher W. Bale & Arthur D. Pelton). Проект, начавшийся в 1976 году, предполагал создание программных средств для работы с термодинамическими данными и решения задач химии металлов (chemical metallurgy). В 1984 году в  École Polytechnique (the engineering faculty of the Université de Montréal) был основан исследовательский центр CRCT - Centre de Recherche en Calcul Thermochimique / Centre for Research in Computational Thermochemistry для того чтобы поддержать развитие и использование программного комплекса F*A*C*T при решении научных задач и в учебном процессе. F*A*C*T-Web- предоставляет свободный доступ к информации о термодинамических свойствах индивидуальных веществ, химических реакций и возможностям расчета равновесного состава термодинамических систем. Содержит хорошо подобранный список ссылок на сайты, имеющие отношение к вопросам неорганической химической термодинамики. Сравнительно недавно создан объединенный продукт FactSage = FACT + ChemSage (Bale C.W., Chartrand P., Degterov S.A. FactSage Thermochemical Software and Databases // CALPHAD. – 2002. -V.26, № 2. – P.189-228.).   


http://www.kagaku.com/malt

MALT2 (Materials-oriented Little Thermodynamic Database for Personal Computers)- довольно полная база данных по термодинамическим свойствам индивидуальных веществ с программами расчета равновесного состава и решения задач материаловедения. База данных была создана специальной группой, организованной японским обществом калориметрии и термического анализа (Japan Society of Calorimetry and Thermal Analysis). MALT2 содержит такие сведения, как стандартная энтальпия образования, DfH(298.15 K), стандартная энергия Гиббса образования, DfG(298.15K), стандартная энтропия, S(298.15 K), теплоемкость, Cp, сведения о теплотах фазовых переходов и изменениях энтальпии фазовых переходов для примерно 5000 веществ; база данных ориентирована на анализ процессов производства керамики, полупроводников, ядерных топлив, материалов для производства ядерных реакторов, анализа плазмохимических процессов и т.д. Информация из базы данных может быть представлена в виде таблиц (Yokokawa H., Yamauchi S., Matsumoto T. Thermodynamic Database MALT for Windows with gem and CJ3D // CALPHAD. – 2002. - V.26, № 2. – P.155-166.).


http://www.kintech.ru/

Компания Кинтех организованная учеными и инженерами Московского государственного университета и РНЦ Курчатовский институт атомной энергии. Основной продукт компании - Chemical WorkBench  (Химический верстак) – программный комплекс для моделирования, оптимизации и проектирования широкого класса процессов, реакторов и технологий, обусловленных возможностью протекания химических реакций (Chemical Workbench-integrated environment for materials science / M. DeminskyV. ChorkovG. Belovet. al. // Computational Materials Science. – 2003. -  Vol. 28, No. 2. - P.169-178.). Chemical WorkBench  дает возможность представить реальный процесс в виде цепочки реакторов, каждые из которых моделирует отдельную часть процесса (горение, охлаждение, плазменная обработка и т.д.). В состав программного комплекса включен банк данных, содержащий сведения о термодинамических и термохимических свойствах веществ, а также информацию о константах скоростей химических реакций. Отличительной особенностью программы является возможность моделирования сложных многоступенчатых процессов с химическими превращениями, используя не только равновесные, но и кинетические модели. Структурной единицей модели процесса является реактор – модель некоторой части процесса. Программный комплекс позволяет представить реальный процесс в виде цепочки реакторов (термодинамически равновесного, реактора идеального смешения, реактора идеального вытеснения и т.д.). Исследователь имеет возможность задать параметры для каждого реактора, при этом между реакторами можно установить связь, т.е. передавать продукты реакции из одного реактора в другой. После проведения расчетов результаты моделирования можно представить в виде графиков и таблиц.


http://www.kintecus.com/

Kintecus – программное обеспечение для моделирования процессов в ядерных установках, в биологических системах, в атмосфере, процессов горения и многих других процессов, сопровождающихся химическими превращениями. Отличительной чертой программного обеспечения является возможность использования моделей Chemkin/SENKIN II/III, не требующая суперкомпьютера и перекомпиляции программы. В расчетах могут быть использованы термодинамические базы данных различных форматов. Kintecus позволяет исследовать изотермические и неизотермические процессы, а также адиабатические процессы при постоянном давлении или объеме. В расчетах можно использовать программируемые законы изменения объема (движение поршня в цилиндре), температуры, концентрации веществ, при этом не требуется вносить изменения в текст программы.


http://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/

Известная программа NASA CEA (Chemical Equilibrium with Applications) предназначена для расчета равновесного состава и свойств сложных термодинамических систем. Область применения программы позволяет использовать ее для расчета характеристик ракетных двигателей, исследования процессов в ударных волнах, определения параметров точки Чепмена-Жуге, а также для анализа других равновесных состояний термодинамических систем. CEA является наиболее современной разработкой в ряду программ расчета равновесного состава и свойств, созданных в NASA Lewis (теперь Glenn) Research Center за последние 45 лет. Все эти годы программы улучшались за счет совершенствования алгоритма и добавления новых возможностей. Для удобства эксплуатации программы предоставлена возможность использования независимых баз данных по свойствам переноса и термодинамическим свойствам индивидуальных веществ. Прилагаемая база данных содержит сведения о термодинамических свойствах более 1900 веществ. Программа написана Bonnie J. McBride и Sanford Gordon на стандартном ANSI ФОРТРАНе. Она широко используется для решения задач аэродинамики и термодинамики.


http://www.mathtrek.com/

EQS4WIN – мощный и удобный программный комплекс, предназначенный для решения широкого класса задач, связанных с расчетом фазового и химического состава сложных термодинамических систем в состоянии равновесия. При создании программы использованы современные технологии численного анализа, программирования и термодинамики. Программа была создана под руководством Dr. W. R. Smith, автора классической монографии (см. ссылку выше). При разработке алгоритма EQS4WIN использован подход, основанный на минимизации энергии Гиббса системы. Программа позволяет рассчитывать равновесный состав в системах, содержащих до 3-х конденсированных растворов, газовую фазу и неограниченное число однокомпонентных конденсированных фаз. В состав всех версий программного комплекса входит база данных по термодинамическим свойствам веществ, сведения в которой заимствованы из таблиц JANAF.


http://www.npl.co.uk/mtdata/

Секция термохимии материалов в национальной физической лаборатории (Materials Thermochemistry Section at National Physical Laboratory, Teddington, Middlesex, UK) предоставляет данные высокого качества о свойствах материалов в широком диапазоне параметров. Эти данные могут быть использованы для прогнозирования поведения веществ и материалов в целях решения задач промышленности. MTDATA – программный комплекс для расчета фазовых равновесий в многофазный многокомпонентных системах, в состав которого входит  банк данных, содержащий критически отобранные термодинамические свойства (Davies R. H., Dinsdale A. T., Gisby J. A. MTDATA - Thermodynamic and Phase Equilibrium Software from the National Physical Laboratory // CALPHAD. – 2002. - V.26, № 2. – P.229-271.). Программный комплекс ориентирован на решение задач металлургии, химии, материаловедения и геохимии. Область его применимости ограничена только наличием термодинамических данных. С его помощью можно анализировать проблемы смешанного характера (problems of mixed character), например равновесие между жидкими и твердыми сплавами и штейном, шлаком и газовой фазой. Термодинамические модели, необходимые для анализа соответствующих процессов, включены в состав программного комплекса и учтены при разработке структуры базы данных.


http://www.olisystems.com

В течение 25 лет фирма OLI разрабатывает программное обеспечение для моделирования практически любых многокомпонентных гетерогенных водных растворов. Основой программного обеспечения OLI является OLI Engine, который включает в себя решатели (Solvers), а также анализаторы – Stream Analyser, OLI Express, Water Analyser.

Термодинамический программный комплекс OLI позволяет анализировать многокомпонентные водные растворы, включая жидкую и газовую фазы, растворы органических веществ, в диапазоне температур от -50 до 300 °C при давлении до 1500 бар. В результате вычислений определяются pH, ионная сила, энтальпия, плотность и осмотическое давление.

Программа моделирования окружающей среды (Environmental Simulation Program) предназначена для анализа стационарных процессов. Анализ нестационарных процессов можно выполнить при помощи другой программы – DynaChem.

База данных OLI содержит термодинамические, транспортные и физические свойства веществ, образованных из 79 химических элементов, их свойства в водных растворах, а также свойства более 3000 органических соединений.


http://www.outotec.com/en/Products--services/HSC-Chemistry/

Программный комплекс HSC Chemistry создан в Финляндии, в  Outokumpu Research Oy. Однако при его создании были использованы тексты программ и идеи из других источников. Программный комплекс предназначен для моделирования равновесных термодинамических состояний и процессов на персональном компьютере. База данных по термодинамическим свойствам веществ, входящая в состав программного комплекса, является компилятивной. Число веществ, информация о которых содержится в базе данных, превышает 10000. Сведения в базе данных не были оценены критически, однако, в базе данных есть ссылка на источник информации. В базе данных предусмотрены поля для структурной формулы, химического названия, общеупотребительного названия, номера CAS, температуры плавления, кипения, цвета и растворимости в воде. Данные в этих поля пока занесены только частично.


http://www.ReactionDesign.com

Фирма Reaction Design была основана в 1995 году в San Diego, California, USA. Цель фирмы – разработка программного обеспечения и средств моделирования для того, чтобы помочь инженерам-технологам создавать более эффективные и экологичные производственные процессы. В 1997 году Sandia National Laboratories выбрали Reaction Design в качестве исключительного лицензиата (exclusive worldwide licensee) своей коллекции программ CHEMKIN и другого программного обеспечения, которое создано в целях упрощения разработки и анализа процессов с химическими превращениями.

Фирма концентрирует свои усилия на следующих направлениях:

·        анализ процессов горения в энергетических установках;

·        анализ химико-технологических процессов (производство лекарств, нефтепереработка, производство бумаги, создание новых материалов и т.д.);

·        анализ процессов микроэлектронной промышленности (производство интегральных микросхем, оборудование для изготовления полупроводников);

·        защита окружающей среды.

Основным продуктом компании является CHEMKIN, который представляет собой пакет программного обеспечения, содержащий множество процедур и функций, облегчающих постановку задач, связанных с исследованием химической кинетики газофазных и гетерогенных процессов, их решение и анализ. Программы и библиотеки процедур могут быть использованы при разработке программных комплексов для моделирования кинетики химических процессов в реагирующих потоках. Средства CHEMKIN можно использовать для анализа процессов горения, катализа, осаждения из газовой фазы и т.д.

В состав CHEMKIN входят

·        совокупность процедур для анализа газофазной химической кинетики и кинетики плазмы;

·        совокупность процедур для анализа гетерогенной химической кинетики на границе газ – твердое;

·        база данных по термодинамическим свойствам веществ;

·        совокупность процедур для расчета свойств переноса газов и газовых смесей (коэффициенты диффузии, вязкости, теплопроводности);

·        база данных для расчета свойств переноса газов. 


http://www.sgte.org

SGTE - это консорциум научных центров, вовлеченных в деятельность, связанную с разработкой термодинамических баз данных для неорганических и металлургических систем (thermodynamic databanks for inorganic and metallurgical systems) и их использованием для решения прикладных задач. Целями организации являются:

·        Создание, развитие и распространение высококачественных баз данных, позволяющих надежно и эффективно проводить анализ равновесных состояний сложных термодинамических систем. 

·        Международное сотрудничество, обеспечивающее унификацию термодинамических данных и методов их получения.

Центры, входящие в состав SGTE (ссылки заимствованы с сайта организации, некоторые из них не работали на момент обновления данной страницы 12.11.2013).

·        Франция

·        Германия

·        Швеция


http://rotexo.com/cms/index.php?option=com_content&view=article&id=67&Itemid=71&lang=en

Cosilab – программный комплекс, предназначенный для моделирования на компьютере разнообразных ламинарных пламен.  Cosilab поддерживает наиболее популярные форматы данных для механизмов химических реакций, термодинамических данных и свойств переноса.

Программный комплекс открыт для пополнения и модификаций. Входящие в его состав модели могут быть заменены моделями пользователя. Для этой цели допустимо использовать языки программирования Fortran, C или C++.

Часть исходных текстов доступна на коммерческой основе (в настоящее время это тексты на Fortran’е). Пользователь может исправить, улучшить или полностью переписать любой фрагмент кода в случае необходимости.


http://www.thermocalc.com

Thermo-Calc – мощная и гибкая программа, предназначенная для выполнения термодинамических расчетов и построения фазовых диаграмм (Andersson J.O., Helander T., Hoglund T. THERMO-CALC & DICTRA, Computational Tools For Materials Science // CALPHAD. – 2002.-V.26, № 2. – P.273-312.).  При разработке программы особое внимание уделялось возможности исследования термодинамических систем с использованием существенно неидеальных моделей. Thermo-Calc развивается начиная с 1981 профессором Королевского Технологического института Бо Сундманом (Bo Sundman, Prof., Head of Division of Computational Thermodynamics in  the Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden).Программу можно использовать для анализа термодинамических систем в таких областях, как химия, металлургия, материаловедение, геохимия и т.д. в зависимости от той базы данных,  которая подключена к комплексу. Процедуры, входящие в состав комплекса, можно использовать в прикладных программах для исследования процессов с химическими превращениями.  Thermo-Calc содержит несколько модулей, при помощи которых исследователь может решать интересующие его задачи. Например, есть модули для выбора базы данных, просмотра и редактирования сведений в ней. Наиболее важный модуль, предназначенный для расчета равновесного состава, предоставляет возможность проводить вычисления и строить различные диаграммы. Очень полезным является модуль, предназначенный для оценки параметров термодинамических моделей на основании экспериментальной информации. Имеется также модуль, позволяющий представить в табличном виде термодинамические свойства веществ и химических реакций. Система является открытой, поэтому пользователь имеет возможность разработки своих модулей, используя документированный интерфейс системы. При помощи Thermo-Calc можно моделировать только такие процессы, в которых фактор времени можно игнорировать.

http://www.thermocalc.se

Компания Thermo-Calc Software была основана в 1997 как ответвление факультета Материаловедения и Техники в Королевском Технологическом институте, Стокгольм, Швеция (Materials Science and Engineering at KTH, Stockholm, Sweden). Цель создания компании - разработка и продажа программ, предназначенных для расчета равновесного состава, построения фазовых диаграмм и моделирования процессов диффузии. Основным продуктом компании является Thermo-Calc - программный комплекс для расчета равновесий и фазовых диаграмм. 


http://www.trc.nist.gov

TRC (Thermodynamics Research Center) специализируется на сборе информации, расчетах и определении погрешностей сведений о термодинамических, теплофизических и транспортных свойствах органических веществ. TRC является подразделением Physical and Chemical Properties Division в National Institute of Standards and Technology и расположен в Boulder, Colorado. 

Задачей TRC является создание обширного многоцелевого массива экспериментальных данных о термодинамических, теплофизических и транспортных свойствах чистых веществ и смесей известного состава. Массив данных регулярно пополняется. В TRC считают принципиально важным, чтобы накапливаемые данные имели оценки погрешностей, поскольку благодаря этому обстоятельству становится возможной и оценка качества рекомендованных данных.

В базе данных TRC хранится информация четырех типов.

·         Сведения, идентифицирующие вещество. Регистрационные номера чистых веществ и компонентов растворов позволяют связать эмпирическую формулу соединения с закодированным представлением его структурной формулы и одним или несколькими наименованиями. База данных содержит 113 000 регистрационных номеров и 218 000 наименований. В базе данных хранится информация о примерно 15 800 чистых веществах, свойствах 9000 бинарных и тройных растворов и примерно 2500 реагирующих систем.

·         Описания образцов. В базе данных хранятся описания около 17 900 образцов, использованных при измерениях тех или иных свойств. Описание содержит происхождение образца, его чистоту и метод очистки.

·         Литературные источники. База данных содержит ссылки на оригинальные источники и дополнительные сведения (наименование документа, его тип, класс информации, комментарии) и ссылки на данные. Имена авторов хранятся в отдельной таблице и связаны со ссылками. Таким образом, можно получить сведения о литературном источнике по году публикации, фамилии автора, формуле или регистрационному номеру вещества, свойству или их комбинации. В базе данных хранятся сведения о 82 000 работ, примерно 22 000 из которых связаны с числовыми значениями в базе данных.

·         Числовые значения. Каждому числовому значению соответствует одна запись в таблице базы данных. Запись содержит также значения параметров состояния, при которых производилось измерение или расчет значения свойства, и величину его погрешности. Каждая запись связана с тремя перечисленными выше типами информации при помощи кодов, которые идентифицируют свойство, первичную (primary) фазу, другие фазы, находящиеся в равновесии с первичной, дополнительные сведения. В базе данных хранится примерно 850 000 численных значений различных свойств.


http://www.uic.edu/~mansoori/Thermodynamic.Data.and.Property_html

Сведения о сайтах, предоставляющих информацию о термодинамических данных и программах расчета свойств.