第18卷第1期 2018年2月
材料工程
过程工程学报
The Chinese Journal of Process Engincering
Vol.18 No.1 Feb.2018
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.217220
用分子结构有限元分析方法估算多类芳烃的液体导热率
优明华12，刘万强12，刘风萍"，陈冠凡，岳明1
(1.湖南科技大学化学化工学院，湖南湘源411201：2.理论有机化学与功能分子教育部重点实验室，湖南湘潭411201)
摘要：通过对芳烃分子3D结构的有限元分析，建立了分子结构的刚度矩阵和振动方程，用MATLAB软件计算得到相应分子结构的固有频率和矩阵特征值，用多元回归分析方法建立了液体芳烃分子导热率的QSPR模型，用线性规划法对模型指数进行优化、均值化和差值化处理，结果表明，301个液体芳烃导热率实验数据的训练集实验值与计算值的相关系数高达0.979，平均绝对误差小于0.0024W/(m-K)，平均相对绝对误差小于2.02%：22个液体芳烃导热率实验数据的测试集实验值和预测值的相关
系数为0.978，平均绝对偏差小于0.0028W/(m-K)，平均相对绝对偏差小于2.99%. 关键词：热导率；有机物：芳烃：分子结构，有限元分析
中图分类号：O642.1：TQ013.1
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2018)01-0196-06
Estimation of Thermal Conductivity of Liquid Aromatic Hydrocarbons Using Finite
Element Analysis Method in Molecular Structure
Minghua QIUI,2",Wanqiang LIU'2,FengpingLIU',Guanfan CHEN',MingYUE
(I. School of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan, Hunan 411201, China; 2. Key Laboratory of Theoretical Organic Chemistry and Functional Molecule, Ministry of Education, Xiangtan, Hunan 4ll201, China) Abstract: The 3D molecular structure of aromatic hydrocarbon was analyzed by finite element analysis to establish the stiffness matrix oseneeessaseoaoen QSPR model for the conductivity of liquid aromatic hydrocarbons was developed by multivariate regression method, and further performing optimization, mean value and D-value treatment on the model. The results showed that for training set (301 liquid aromatic hydrocarbons), the correlation coefficient between the results calculated by QSPR model and the experimented data was 0.979, the mean absolute error was less than 0.0024 W/(m-K), the relative error was less than 2.02%, for test set (22 liquid aromatic hydrocarbons), the
correlation coefficients was 0.978, the mean absolute error was less than 0.0028 W/(m-K), the relative error was less than 2.99%. Key words: thermal conductivity; organic compounds; aromatic hydrocarbon; molecular structure; finite clement analysis
1前言
导热率又称导热系数，是重要的热物理传递参数在傅立叶定律中，当温度梯度为1K时，导热率是物质单位时间单位面积传递的热量.冷暖设备设计、过程工程设计与控制和新材料性能研究等领域均离不开相关物质的热导率数据，主要靠实验测定，理论估算是近代物理和物理化学中的活跃课题(1-13],相对参数法[1]、基团贡献法(2]、神经网络法[3]、拓扑指数法[]、扩展的 Enskog理论[5]、量子拓扑法[6]、伪格法[7]、气体非平衡
状态理论和分子动力学模拟[9]等估算方法大多只涉及链烷烃热导率和离子液体热导率的关联和估算，除少数芳烃分子热导率在一定温度范围内的关联外[1]，用分子结构参量关联芳烃、稠环芳烃和多环芳烃热导率的文献很少。
仇明华等14)提出用振动力学有限元分析方法估算烷烃的液体热导率，得到的估算模型不仅对系列烷烃化合物的液体热导率有很好的相关性和预测性，而且适用于多类复杂结构烷烃液体热导率的关联和预测.此方法用于芳烃、稠环芳烃和多环芳烃液体热导率估算时，苯
收稿日期：2017-04-17，修回日期：2017-0602
基金项目：国家自然科学基金项目(编号：21472040)：湖南省教育厅科学研究项目(编号：13C302)
作者简介：仇明华(1958-)，男，溯南省邵阳市人，本科，教授，研究方向为理论与计算有机化学，E-mail:mhqiu@hnust.edu.cn
引用格式：优明华，刘万强，刘风革，等：用分子结构有限元分析方法估算多类芳烃的液体导热率，过程工程学报，2018,18(1):196-201.
Qiu M H, Liu W Q, Liu F P, et al. Estimation of Thermal Conductivity of Liquid Aromatic Hydrocarbons Using Finite Element Analysis Method ir Molecular Structure (in Chinese). Chin. J. Process Eng-, 2018, 18(1): 196201, DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.217220.
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