Calculation of transport coefficients of gaseous mixtures at low density based on AB Initio potentials

Abstract

Resumo: Os coeficientes de transporte para misturas binárias de gases monoatómicos foram calculados utilizando o método de Chapman-Enskog, na 10" aproximação de polinómios de Sonine, considerando a teoria quântica para interações intermoleeulares. Tal método permite expandir a função distribuição de velocidades do gás, considerando que o sistema esteja próximo do equilíbrio. As misturas consideradas são hélio-neónio, hélio-argónio e neónio-argónio. A interação entre as partículas é descrita em termos de potenciais ab iniüo, os quais não dependem de parâmetros experimentais. Tais potenciais são calculados utilizando conceitos básicos da física, como a lei de Coulomb e a equação de Schrödinger. Os coeficientes de transporte, ou seja, viscosidade, eondutividade térmica, difusão e fator de termodifusão, foram calculados em um amplo intervalo de temperatura e no intervalo inteiro de fração molar. Uma inversão do sinal do fator de termodifusão para duas das misturas consideradas foi observada. A exatidão numérica dos coeficientes de transporte calculados nesse trabalho é mais alta que pode ser atingida no momento. A incerteza relacionada aos potenciais interatómicos representa a maior contribuição na incerteza total. Com base em comparações dos resultados relatados nesse trabalho com aqueles publicados na literatura aberta, podemos afirmar que os resultados relatados são os mais precisos até o momento. Palavras-Chave: Teoria do transporte, Equação de Boltzmann, Teoria quântica, Potencial ab iniüo.

Abstract: The transport coefficients of binary mixtures of monatomie gases have been calculated applying the Chapman-Enskog method, using the 10 th order of approximation with respect to the Sonine polynomials, considering a quantum approach to intermolecular collisions. This method allows us to expand the velocity distribution function of the gas, considering that the system is close to the equilibrium. The studied mixtures are helium-neon, heliumargon and neon-argon. The interactions between the particles are described using the ab initio potentials, which does not depend on experimental parameters. Such potentials are calculated using only basic principles of physics, such as Coulomb's law and Sehrodinger's equation. The transport coefficients, namely, viscosity, thermal conductivity, diffusion and thermal diffusion factor, have been calculated in a wide range of the temperature and in the whole range of the mole fraction. A sign inversion of the thermal diffusion factor of two mixtures considered here has been detected. The numerical accuracy of the transport coefficients calculated in the present work is as high as it can be achieved at the moment. The uncertainty related to interatomic potentials used here represents the main contribution into the total uncertainty. Comparing the results reported in the present work with those published in the open literature, one can conclude that the reported results are the most precise at the moment. K ey -w ord s: Transport theory, Boltzmann equation, Quantum theory, Ab initio potential.