thermodynamic properties of monatomic, diatomic, and polyatomic gaseous natural refrigerants: a molecular dynamics simulation

Owing to their lower adverse environmental impacts, natural refrigerants have recently attracted a huge deal of attention. in this regard, the present study is aimed to evaluate the thermodynamic properties of different gaseous natural refrigerants at the molecular level using molecular dynamics (md) simulations. in this context, the density (as a representative of structural features), enthalpy, and specific heat capacity (as representatives of energy properties) of several natural gaseous refrigerants including helium, nitrogen, methane, and ethane were assessed. lennard jones potential was used for simulation of helium and nitrogen while airebo potential and oplsaa force fields were employed for simulation of methane and ethane as polyatomic hydrocarbon refrigerants. simulations are carried out at various temperatures above the boiling point and pressures of 1, 2, and 5 bar. md results were in good agreement with the experimental data. among the applied potentials, airebo potential offered results closer to the experimental data as compared with oplsaa force field. the methane ethane mixture was also addressed at different pressures and compared with the peng robinson equation of state. the results of this study indicated that molecular dynamics can be employed as a reliable tool for predicting the thermodynamic properties of natural refrigerants. the results can be used in the refrigeration cycles.

خواص ترمودینامیکی مبردهای طبیعی گازی تک اتمی، دو اتمی و چند اتمی: مطالعه شبیه سازی دینامیک مولکولی

به دلیل تأثیرات نامطلوب محیطی ، مبردهای طبیعی اخیراً مورد توجه بسیاری قرار گرفته اند. در این راستا ، مطالعه حاضر با هدف ارزیابی خصوصیات ترمودینامیکی مبردهای مختلف گازی طبیعی در مقیاس مولکولی با استفاده از شبیه سازی های دینامیک مولکولی (MD) انجام شده است. در این راستا ، چگالی (به نمایندگی از ویژگی های ساختاری) ، آنتالپی و ظرفیت گرمایی ویژه (به نمایندگی از خواص گرمایی)  برای چندین مبرد گازی طبیعی از جمله هلیوم ، نیتروژن ، متان و اتان مطالعه شده اند. از پتانسیل لناردجونز برای شبیه سازی هلیوم و نیتروژن استفاده شد در حالی که پتانسیل AIREBO و میدان نیروی OPLSAA برای شبیه سازی متان و اتان به عنوان مبردهای هیدروکربنی چند اتمی استفاده شد. شبیه سازی ها در دماهای مختلف بالاتر از نقطه جوش و فشارهای 1 ، 2 و 5 بار انجام می شود. نتایج MD با داده های تجربی مطابقت خوبی دارند و در میان پتانسیل های اعمال شده ، پتانسیل AIREBO در مقایسه با میدان نیروی OPLSAA ، نتایج نزدیکتری به داده های تجربی را ارائه می دهد. مخلوط متاناتان نیز در فشارهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفت و با معادله حالت پنگرابینسون مقایسه شد. نتایج این مطالعه نشان می دهند که می توان از دینامیک مولکولی به عنوان ابزاری مطمئن برای پیش بینی خصوصیات ترمودینامیکی مبردهای طبیعی استفاده کرد. نتایج این تحقیق می توانند در سیکلهای تبرید کاربرد داشته باشند.