RP-3高温氧化初始阶段反应机理的ReaxFF MD模拟

本文采用ReaxFFMD方法对一种较新的RP-3四组分替代燃料模型的高温氧化过程进行了研究。利用作者所在课题组研发的独特分析工具VARxMD,对燃烧过程中主要物种(燃料分子、O_2、C_2H_4、·CH_3)随时间和温度的演变规律及其化学反应进行了系统分析。ReaxFFMD模拟得到的燃料和氧气消耗量、乙烯和甲基自由基的生成量与相同温度和初始压力条件下CHEMKIN的计算结果处于同一量级,同时获得了详细的物质结构信息和反应列表。进一步对模拟得到的反应机理形式进行观察后发现,模拟获得的机理形式与文献中的描述一致。对燃料分子第一步反应数量的统计发现,其类型主要为攫氢反应和分子内断裂反应,且后者占主导;燃料分子第一步反应数量的统计也定性展现了不同燃烧条件下各类反应发生的可能性。对氧元素相关的反应分析发现,氧分子和C_1-C_3小分子发生的反应所占比例较大,能在一定程度上为机理简化提供有益线索。在对反应机理分析的基础上获得了RP-3四组分替代燃料体系高温氧化过程的化学反应网络。我们认为,ReaxFFMD反应分子动力学模拟、结合VARxMD对模拟结果深入分析的方法是有潜力系统认识燃料氧化反应机理的新方法,对构建燃料的燃烧反应机理库有一定的帮助。

基于EPICS的BEPCⅡ对撞区超导磁铁失超探测器监控系统的研制

分析了BEPCⅡ对撞区超导磁铁失超探测系统的架构,并提出了软件部分和部分硬件升级改造的计划,成功地将现有ADO架构转化为EPICS系统架构。该研究成果也可用于其他超导设备的失超探测系统。

数字失超探测器中FPGA和DSP平台之间基于DMA的通讯研究

根据数字失超探测器数据采集系统的应用需求,设计实现了现场可编程逻辑阵列(FPGA)和数字信号处理(DSP,TMS320C40)之间基于直接存储器访问(DMA)方式的通讯,介绍了两种平台间数据通讯的特点及通讯接口的硬件设计,并对DMA通讯机制、FPGA逻辑编程及DSP通讯控制程序等的实现进行了详细描述。该设计已通过实验平台的测试,并应用于数字探测器数据采集及处理系统中。

基于EPICS的StreamDevice的应用研究

介绍了EPICS环境下一种基于数据流设备的通讯驱动模块StreamDevice的应用,并以BEP-CII的温度监测系统升级改进为例,详细分析了如何应用StreamDevice读取前端设备的温度数据,该研究成果也可直接用于开发真空计、离子泵等加速器装置中常用的基于串口、以太网的智能控制器。

ReaxFF MD模拟的物种和化学反应自动分类及可视化

反应分子动力学(ReaxFF MD)是一种可模拟大规模反应分子体系(>1000原子)的方法,已获得大量应用。本文针对国际上现有的ReaxFF MD模拟平台缺乏从模拟结果中分析反应机理能力的现状,为国际上首个ReaxFF MD模拟结果化学反应分析及可视化工具VARxMD进一步扩展建立了模拟体系的物种自动分类和反应分类能力。本文阐述基于化学结构特征等多种分类规则对ReaxFF MD模拟体系中化学结构复杂、数量众多的物种和化学反应进行自动分类和可视化的策略和方法。通过建立一套灵活的分类规则构建机制,可帮助研究者自主定义和组合考察对象的特征,以建立满足多重目标的分类规则。实现了基于反应体系的物种组成、化学结构、性质等特征的物种自动分类;以此为基础,进一步实现了基于化学反应的组成物种、反应官能团等特征信息的化学反应自动分类方法。为考察ReaxFF MD反应体系的演变规律和具体的反应行为,将物种分类及反应分类所获的对象集合视作一个整体进行化学计量统计,实现了考察对象集合随时间变化趋势的图形化显示,以及指定原子、键、官能团、分子片段、物种的反应路径细节的2D和3D可视化观察。VARxMD独特的物种分类能力在利用ReaxFF MD模拟煤热解反应机理、揭示煤热解不同类别产物的演变趋势方面发挥了关键作用。

煤热解模拟新方法—ReaxFF MD的GPU并行与化学信息学分析

针对Reax FF MD模拟煤热解反应机理存在的模拟计算效率和化学反应分析能力缺乏这两个关键问题,本课题组提出将GPU(graphics processing unit)高性能计算与化学信息学分析相结合的新方法,建立了国际上首个基于GPU的Reax FF MD程序系统GMD-Reax及国际上首个Reax FF MD模拟的化学反应分析系统VARx MD,大幅提升了Reax FF MD计算大规模煤分子模型的计算能力,实现了煤热解模拟结果中复杂反应的直接分析.利用该方法可将反映复杂煤结构特点的大规模煤分子模型作为一个整体进行Reax FF MD的模拟,所获得的煤热解主要产物随温度和时间演变的趋势及煤热解详细的化学反应信息,是实验方法或其他计算方法难以得到的.因此本课题组认为GPU并行与化学信息学分析相结合的Reax FF MD模拟新方法为从分子层次上系统认识煤热解转化过程的复杂化学反应机理提供了可能.