Банк данных термодинамической информации и компьютерное обеспечения для решения задач физико-химического моделирования
природных геохимических процессов
В основу структуры программного алгоритма предлагаемых БД нами были положены принципы, использованные в аналогичных программах,
предназначенных для работы с термодинамическими базами данных, такими, как "ИВТАНТЕРМО", "СЕЛЕКТОР", "UNITHERM" и "SUPCRT 92,96,98", хорошо зарекомендовавшими себя для
решения задач хранения, обработки, расширения и оперативного использования термодинамической информации. Как и в указываемых программах,
за основу алгоритма расчета термодинамических характеристик компонентов водных растворов взята модель HKF, и экстраполяционные уравнения Хелгесона
применительно к расчету термодинамики твердых и газовых фаз.
Разработанная программа создана на алгоритмическом языке
Delphi для IBM-совместимых компьютеров и
предназначена для использования в операционной системе Windows версии 98, 2000 и XP.
Программное обеспечение для работы с банком данных термодинамической информации включает четыре следующие программно связанные друг с другом базы данных:
- база данных BASE1, содержащая названия твердых и газовых фаз, наборы их термодинамических характеристик, включая данные, взятые из справочников или непосредственно вычисленные значения энтальпии, энтропии, мольного объема, теплоемкости, свободной энергии и эмпирические коэффициенты, определяющие зависимость мольного объема как функцию температуры и давления, необходимые для выполнения расчета по уравнению состояния для твердых и газовых фаз, а также соответствующие литературные ссылки;
- база данных BASE2 параметров HKF модели, содержащая названия частиц в растворе и наборы их термодинамических характеристик, включая принятые или непосредственно вычисленные значения энтальпии, энтропии, мольного объема, теплоемкости, свободной энергии, коэффициента Борна и другие данные, необходимые для выполнения расчета по уравнению HKF, а также соответствующие литературные ссылки;
- база данных BASE3 уравнений реакций, содержащая названия частиц в растворе, уравнения реакций образования комплексов определенного состава и соответствующие им стехиометрические коэффициенты для расчета констант комплексообразования;
- база данных BASE4 литературных сведений, содержащая номер литературной ссылки и библиографические справки об источнике информации, из которого взяты исходные данные.
Структурные особенности организации хранящейся в банке данных информации схематически показаны на рисунках 1.
Предлагаемое программное обеспечение способно выполнять
следующие основные функции :
1. Хранение термодинамической информации и оценку
термодинамических свойств
компонентов водных растворов, твердых и газовых фаз
в широком интервале температур и давлений.
2.Решение задач физико-химического моделирования природных геохимических процессов.
3. Производит численную оценку влияния CO2 и других полярных газов
присутствующих в высокотемпературных флюидах, на изменение свойств
растворителя, на основе уравнения состояния смешанного флюида.
Рис 1. Структура файлов Банка данных.
В структуру программы, предназначенной для решения задач физико-химического моделирования, входят следующие компоненты, связывающие базу данных термодинамической информации и алгоритма минимизации свободной энергии Гиббса:
COMPONENT - исходя из выбранного в базе данных компонентного состава системы, определяет ее элементный состав;
CHARGE - формирует вектор Z, элементы которого содержат заряды компонентов раствора;
STEHIOMETRY - составляет матрицу стехиометрических данных элементного состава системы.
Схема взаимодействия банка данных термодинамической информации и программы минимизации термодинамического потенциала показана на рис. 2.
Рис 2. Блок-схема программного комплекса.
Термодинамическую основу базы данных
составляют параметры уравнения HKF для основных геохимически важных
типов неорганических комплексов РЗЭ, имеющиеся в статье Haas et al.
(1995), в совокупности с аналогичными данными для комплексообразующих
лигандов и фоновых компонентов природных флюидов из работ
Johnson et al.(1992), Shock et al. (1997) и др. Кроме этого база
содержит термодинамические даные по твердым и газовым фазам взятых из БД SUPCRT98.
1. Колонин Г.Р., Пальянова Г.А., Широносова Г.П., Моргунов К.Г. Термодинамическая модель возможной золотоностности высокотемпературного хлоридного водно-углекислого флюида. // Геохимия, 1994, N 12, 1725-1733.
2. Kolonin G.R., Pal'yanova G.A., Shironosova G.P., Morgunov K.G. A Thermodynamic model for possible gold levels in a hot chloride H2O-CO2 fluid// Geochemistry International, 1995. V.32, N8., 1-10.
3. Колонин Г.Р., Пальянова Г.А., Широносова Г.П., Моргунов К.Г. Влияние углекислоты на внутренние равновесия во флюиде при формировании золоторудных гидротермальных месторождений.// Геохимия, 1997, N 1, c. 46-57.
4. Моргунов К.Г., Колонин Г.Р., Широносова Г.П. Банк данных REETHERM для моделирования геохимических процессов с участием редкоземельных элементов. // Электронный научно-информационный журнал "Вестник отделения наук о земле РАН", 2000, N5, Том 2 (URL:http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/52000 2/hydroterm17a.eng.pdf).
5. Г.Р. Колонин, Г.П. Широносова, К.Г. Моргунов, Сущевская Т.М. Возможности использования термодинамического моделирования для выявления характера фракционирования РЗЭ в гидротермальных процессах// Ежегодный семинар по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, 2000.
6. Г.Р. Колонин, К.Г. Моргунов, Г.П. Широносова Банк данных констант устойчивости и комплексных соединений редкоземельных элементов в широком интервале температур, давление и составов растворов// Геология и геофизика, 2001, N6, V 42.
7. Моргунов К.Г. База термодинамических данных и программное обеспечение, предназначенное для решения задач построения диаграмм минеральных равновесий. // Электронный научно-информационный журнал "Вестник отделения наук о земле РАН", 2004, N1, Том 1 (URL:http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2004/inform-1.pdf).
8. Моргунов К.Г. Развитие программного обеспечения и термодинамических баз данных для моделирования геохимических процессов с участием микрокомпонентов // автореф. дисерт. канд. геол.-мин. наук, Новосибирск 2006, 16 с.
9. В.П.Ильин К.Г.Моргунов А.Н.Чайко Метод внутренних точек для решения обратной задачи термодинамики//Международная конференция "Обратные и некоректные задачи математической физики", 2007 г.
Файлы БД (ZIP архив)
скачать