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Revealing Al-O/Al-F reaction dynamic effects on the combustion of aluminum nanoparticles in oxygen/fluorine containing environments:A reactive molecular dynamics study meshing together experimental validation
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作者 Gang Li Chuande Zhao +2 位作者 Qian Yu Fang Yang Jie Chen 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期313-327,共15页
Improving the energy conversion efficiency in metallic fuel(e.g.,Al)combustion is always desirable but challenging,which often involves redox reactions of aluminum(Al)with various mixed oxidizing environments.For inst... Improving the energy conversion efficiency in metallic fuel(e.g.,Al)combustion is always desirable but challenging,which often involves redox reactions of aluminum(Al)with various mixed oxidizing environments.For instance,Al-O reaction is the most common pathway to release limited energy while Al-F reaction has received much attentions to enhance Al combustion efficiency.However,microscopic understanding of the Al-O/Al-F reaction dynamics remains unsolved,which is fundamentally necessary to further improve Al combustion efficiency.In this work,for the first time,Al-O/Al-F reaction dynamic effects on the combustion of aluminum nanoparticles(n-Al)in oxygen/fluorine containing environments have been revealed via reactive molecular dynamics(RMD)simulations meshing together combustion experiments.Three RMD simulation systems of Al core/O_(2)/HF,n-Al/O_(2)/HF,and n-Al/O_(2)/CF4 with oxygen percentage ranging from 0%to 100%have been performed.The n-Al combustion in mixed O_(2)/CF_4 environments have been conducted by constant volume combustion experiments.RMD results show that Al-O reaction exhibits kinetic benefits while Al-F reaction owns thermodynamic benefits for n-Al combustion.In n-Al/O_(2)/HF,Al-O reaction gives faster energy release rate than Al-F reaction(1.1 times).The optimal energy release efficiency can be achieved with suitable oxygen percentage of 10%and 50%for n-Al/O_(2)/HF and n-Al/O_(2)/CF_4,respectively.In combustion experiments,90%of oxygen percentage can optimally enhance the peak pressure,pressurization rate and combustion heat.Importantly,Al-O reaction prefers to occur on the surface regions while Al-F reaction prefers to proceed in the interior regions of n-Al,confirming the kinetic/thermodynamic benefits of Al-O/Al-F reactions.The synergistic effect of Al-O/Al-F reaction for greatly enhancing n-Al combustion efficiency is demonstrated at atomicscale,which is beneficial for optimizing the combustion performance of metallic fuel. 展开更多
关键词 Al-O/Al—F reaction Kinetic benefits thermodynamic benefits Molecular dynamics COMBUSTION
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Thermodynamic analysis and dynamics simulation on reaction of Al_2O and AlCl_2 with carbon under vacuum 被引量:1
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作者 卢勇 周岳珍 +5 位作者 陈秀敏 李紫勇 郁青春 刘大春 杨斌 徐宝强 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第2期286-292,共7页
The feasibility study of the AlCl(g) generated by Al_2O-AlCl_2-C system under vacuum was carried out by thermodynamic analysis and CASTEP package of the Material Studio program which was based on density functional th... The feasibility study of the AlCl(g) generated by Al_2O-AlCl_2-C system under vacuum was carried out by thermodynamic analysis and CASTEP package of the Material Studio program which was based on density functional theory(DFT) formalism. Thermodynamic calculations indicate that Al Cl and CO molecules can be formed under conditions of temperature 1760 K and the pressure of 60 Pa. The interaction of Al_2O and AlCl_2 with C shows that the chemical adsorption of Al_2O and AlCl_2 does take place on C(001) crystal plane, and at the same time, new chemical bond is formed between Al atom in Al_2O and Cl atoms from one of the Al—Cl bonds in AlCl_2. The results, after 1.25 ps dynamics simulation, indicate that adsorbed Al Cl molecules are generated and CO molecule will be formed in this system, and they will escape from C(001) surface after a longer period of dynamic simulation time. It means that the reaction of Al_2O and AlCl_2 with C can be carried out under given constraint condition. 展开更多
关键词 Ab initio molecular dynamics carbothermic-chlorination (AlCl2) reaction thermodynamicS INTERACTION Al2O
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Review:Coincidence Momentum Imaging:Principle and Application in Molecular Reaction Dynamics 被引量:1
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作者 Li Zhang Huailiang Xu 《Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)》 EI CAS 2018年第4期1-14,共14页
Coincidence Momentum Imaging(CMI) is a powerful imaging technique that can determine the full momentum vectors of all particles released from a single parent molecule in coincidence and thus provide detailed informati... Coincidence Momentum Imaging(CMI) is a powerful imaging technique that can determine the full momentum vectors of all particles released from a single parent molecule in coincidence and thus provide detailed information on transient molecular structures.So far,the CMI technique has been extensively employed for investigating a variety of molecular reaction dynamics induced,e.g.,by particle collisions,intense laser fields and synchrotron radiation.In this article,we first introduce the principle of the CMI technique,which is followed by several typical experimental designs of the CMI systems realizing the coincidence momentum detections.We then present representative examples of studying molecular reaction dynamics using the CMI technique. 展开更多
关键词 Coincidence momentum imaging Intense laser fields Molecular reaction dynamics
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Quantitative calculation of reaction performance in sonochemical reactor by bubble dynamics
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作者 徐峥 安田启司 刘晓峻 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第10期285-291,共7页
In order to design a sonochemical reactor with high reaction efficiency, it is important to clarify the size and intensity of the sonochemical reaction field. In this study, the reaction field in a sonochemical reacto... In order to design a sonochemical reactor with high reaction efficiency, it is important to clarify the size and intensity of the sonochemical reaction field. In this study, the reaction field in a sonochemical reactor is estimated from the distribution of pressure above the threshold for cavitation. The quantitation of hydroxide radical in a sonochemical reactor is obtained from the calculation of bubble dynamics and reaction equations. The distribution of the reaction field of the numerical simulation is consistent with that of the sonochemical luminescence. The sound absorption coefficient of liquid in the sonochemical reactor is much larger than that attributed to classical contributions which are heat conduction and shear viscosity. Under the dual irradiation, the reaction field becomes extensive and intensive because the acoustic pressure amplitude is intensified by the interference of two ultrasonic waves. 展开更多
关键词 reaction field CAVITATION bubble dynamics hydroxide radical
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Molecular Dynamics Study of Hydrogen Dissociation on Pd Surfaces using Reactive Force Fields
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作者 Yue-mei Sun Xiang-jian Shen Xiao-hong Yan 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE CAS CSCD 2017年第1期71-76,I0001,I0002,共8页
Developing a widely-used reactive force field is meaningful to explore the fundamental reaction mechanism on gas-surface chemical reaction dynamics due to its very high computational efficiency. We here present a stud... Developing a widely-used reactive force field is meaningful to explore the fundamental reaction mechanism on gas-surface chemical reaction dynamics due to its very high computational efficiency. We here present a study of hydrogen and its deuterated molecules dissociation on Pd surfaces based on a full-dimensional potential energy surface (PES) constructed by using a simple second moment approximation reactive force field (SMA RFF). Although the descriptions of the adsorbate-substrate interaction contain only the dissociation reaction of H2/Pd(111) system, a good transferability of SMA potential energy surface (PES) is shown to investigate the hydrogen dissociation on Pd(100). Our simulation results show that, the dissociation probabilities of H2 and its deuterated molecules on Pd(111) and Pd(100) surfaces keep non-monotonous variations with respect to the incident energy Ei, which is in good agreement with the previous ab initio molecular dynamics. Furthermore, for the oriented molecules, the dissociation probabilities of the oriented H2 (D2 and T2) molecule have the same orientation dependence behavior as those oriented HD (HT and DT) molecules. 展开更多
关键词 Surface reaction dynamics Hydrogen dissociation Reactive force fields Isotope effect
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冲击作用下CL⁃20含能共晶的反应分子动力学模拟
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作者 伍俊英 方汇璇 +3 位作者 尚伊平 李钧剑 王健宇 陈朗 《含能材料》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期49-64,共16页
共晶技术是降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‐20)感度的有效方法之一,研究冲击作用下CL‐20共晶的化学反应,有助于理解CL‐20共晶的冲击反应机制,对炸药安全评价分析具有重要意义。本研究采用ReaxFF‐lg反应力场的分子动力学方法,同时结合... 共晶技术是降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‐20)感度的有效方法之一,研究冲击作用下CL‐20共晶的化学反应,有助于理解CL‐20共晶的冲击反应机制,对炸药安全评价分析具有重要意义。本研究采用ReaxFF‐lg反应力场的分子动力学方法,同时结合非平衡加载方法,对CL‐20/2,5‐二硝基甲苯(DNT)、CL‐20/1,3‐二硝基苯(DNB)和CL‐20/1‐甲基‐3,5‐二硝基‐1,2,4‐三唑(MDNT)三种共晶在2~5 km·s^(-1)冲击速度下的冲击压缩过程进行了分子动力学模拟,获得了含能共晶在冲击作用后的热力学演化特征、初始化学反应路径和产物信息,并与CL‐20的情况进行了对比分析。研究发现:CL‐20/DNT、CL‐20/DNB和CL‐20/MDNT 3种共晶都有一定程度的降低冲击感度作用,3种共晶的冲击感度顺序依次为CL‐20/MDNT>CL‐20/DNB>CL‐20/DNT。3种共晶的分解反应均是从CL‐20分解开始,且CL‐20的分解速度比DNT、DNB和MDNT快。在2 km·s^(-1)冲击速度下,CL‐20共晶首先发生聚合反应,CL‐20与共晶配体分子间的聚合反应早于CL‐20分子间的聚合,且反应频次远高于CL‐20分子之间聚合。在3 km·s^(-1)的冲击条件下,CL‐20首先发生了N—N以及C—N键断裂,笼型结构被破坏,同时生成NO_(2),CL‐20初步断键后的结构及产物NO_(2)会进一步与共晶配体分子DNT、DNB、MDNT结合,降低CL‐20反应中间产物的浓度,达到降感作用。在4,5 km·s^(-1)冲击条件下,CL‐20中的环状骨架结构会直接遭到破坏,发生C—N键断裂,产生小分子碎片,直接生成N2,同时有NO_(2)、H_(2)、CO_(2)、H_(2)O等产物生成。 展开更多
关键词 含能共晶 反应力场 分子动力学 冲击波 反应机理
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基于ReaxFF MD模拟的低阶煤热解产物演化规律及反应机理 被引量:1
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作者 黄淄博 周文静 魏进家 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2409-2419,共11页
热解是实现煤炭资源清洁高效利用的重要途径,深入认识煤热解过程中挥发分自由基的变化规律对调控热解产物至关重要,但实验方法难以捕捉其细节。本文选用经典的褐煤分子模型,结合反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟探究了低阶煤热解过程中挥... 热解是实现煤炭资源清洁高效利用的重要途径,深入认识煤热解过程中挥发分自由基的变化规律对调控热解产物至关重要,但实验方法难以捕捉其细节。本文选用经典的褐煤分子模型,结合反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟探究了低阶煤热解过程中挥发分自由基的演化规律及反应机理。ReaxFF MD模拟结果表明,挥发分产物的收率随升温速率的增大而增加,较高的升温速率抑制了气体产物的生成、提高了焦油产物的收率,但焦油的重质化严重。含氧官能团的裂解是煤热解的触发机制,热解过程主要分为活化(800~1200K)、热解(1200~2400K)和缩聚(2400~2800K)三个阶段。在高温缩聚阶段,焦油片段之间更容易交联,进而发生缩聚反应形成焦炭,并伴随着气体生成,导致焦油收率降低,气体和焦炭产率增加。因此,改善焦油收率和品质的关键是促进焦油片段的裂解,抑制其缩聚。分析了气相产物的形成机理,CO_(2)主要来自羧基和酯基的裂解;甲氧基侧链和桥键裂解形成·CH_(3)和·CH_(2)自由基并捕获·H,最终形成CH_(4)分子;焦油的二次热解和缩聚释放大量·H和H_(2),·H之间进一步反应生成H_(2);而煤中的硫醚结构与含氮支链裂解后,进而被·H自由基稳定为H_(2)S和NH_(3)。这些从分子层面获得的机理认识,可为实验或工业调控热解产物提供重要的参考依据。 展开更多
关键词 低阶煤 热解 反应机理 挥发分自由基 反应力场 分子动力学
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电热作用下矿物绝缘油裂解的反应分子动力学模拟
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作者 李开基 严英杰 刘亚东 《上海电力大学学报》 CAS 2024年第3期285-292,共8页
针对矿物绝缘油因电、热因素裂解,从而导致绝缘失效问题,提出了一种基于ReaxFF力场的反应分子动力学模拟方法。在传统的运动方程式中加入电磁理论,建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,分析了热场和电场对矿物绝缘油裂解微观过程的... 针对矿物绝缘油因电、热因素裂解,从而导致绝缘失效问题,提出了一种基于ReaxFF力场的反应分子动力学模拟方法。在传统的运动方程式中加入电磁理论,建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,分析了热场和电场对矿物绝缘油裂解微观过程的影响。首先对特征气体进行识别和统计,然后通过仿真动态图像分析矿物绝缘油的微观反应过程,最终得到了电热联合作用矿物绝缘油的产气规律。通过与柱板电极放电实验产气的结果对比,验证了仿真结果的合理性。实验结果表明,热场是矿物绝缘油裂解的主要影响因素,同时电场对矿物油裂解也起到促进作用。 展开更多
关键词 矿物绝缘油 电场 热场 反应分子动力学模拟 ReaxFF力场
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基于分子动力学的聚丙烯电热应力老化特性分析
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作者 高煦轲 常曦文 +2 位作者 仝殿杰 王璁 屠幼萍 《电力电容器与无功补偿》 2024年第1期88-94,共7页
高压直流输电(HVDC)工程中广泛应用的聚丙烯(PP)薄膜电容器,其内部高温和高场强是PP老化的主要原因。基于分子动力学仿真方法,从分子层面研究了PP在电热应力下的老化过程。首先建立PP和含羰基PP分子模型,基于反应力场分别模拟了热、电... 高压直流输电(HVDC)工程中广泛应用的聚丙烯(PP)薄膜电容器,其内部高温和高场强是PP老化的主要原因。基于分子动力学仿真方法,从分子层面研究了PP在电热应力下的老化过程。首先建立PP和含羰基PP分子模型,基于反应力场分别模拟了热、电应力作用下PP裂解反应,分析了主要产物形成过程;然后基于COMPASS力场分析热应力下PP力学和绝缘性能变化规律。结果表明:PP裂解反应中C—H键首先断裂,然后是C—C键的断裂并形成羰基,在此过程中热应力对于PP的电热老化影响更显著;温度在450 K以下时,PP力学参数基本不变,当温度达到600 K时,PP力学参数显著变化,稳定性下降;羰基影响PP老化过程中的力学和绝缘性能变化,含羰基PP能隙下降28.21%,在300 K、450 K和600 K时弹性模量分别增加15.3%,32.85%和27.08%。 展开更多
关键词 聚丙烯 绝缘性能 分子动力学 COMPASS力场 反应力场 老化
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XLPE裂解产气的分子动力学模拟
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作者 黄友聪 郑钟楠 +4 位作者 林梓圻 张莹 袁豪 孔佳民 周凯 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期155-163,共9页
交联聚乙烯(XLPE)电缆是城市输配电网络中的重要设备,对XLPE绝缘材料裂解机理的深入理解是提出有效故障评估和诊断方法的基本前提,近年来。通过气体产物对电缆进行状态诊断的思想广受关注,然而,现有研究仍未深入阐释影响XLPE绝缘的产气... 交联聚乙烯(XLPE)电缆是城市输配电网络中的重要设备,对XLPE绝缘材料裂解机理的深入理解是提出有效故障评估和诊断方法的基本前提,近年来。通过气体产物对电缆进行状态诊断的思想广受关注,然而,现有研究仍未深入阐释影响XLPE绝缘的产气路径和机理。鉴于此,基于分子动力学模拟方法,从原子和自由基层面揭示了XLPE裂解及产气机理。首先基于蒙特卡洛法构建聚乙烯分子的初始几何模型。通过基于距离概率准则的聚乙烯交联算法,建立了具有高度化学合理性和现实物理意义的XLPE分子动力学几何模型。随后基于ReaxFF反应力场进行了分子动力学计算,并通过粒子追踪建立了XLPE裂解过程中特征气体产物生成的自由基链式反应路径。结果表明,氢气生成的自由基链式反应包含两步且为可逆反应;烃类气体分子及碳氧化物分子生成自由基链式反应均始于XLPE分子链C—C键断裂生成亚甲基端基,具体生成的产物类型由氧气和氢自由基的浓度决定。上述研究为理解XLPE电缆系统中的产气现象和从原子层面揭示XLPE固体电介质劣化及产气机理方面提供了借鉴。 展开更多
关键词 分子动力学 交联聚乙烯 材料产气 自由基反应 ReaxFF力场
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H_(2)O气氛下富油煤热解过程的反应分子动力学模拟
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作者 黄淄博 刘倩如 +2 位作者 刘红 周文静 魏进家 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期189-199,共11页
【目的】我国富油煤资源丰富,通过热解技术可将其转化为能源产品(化学品、气体或液体燃料等),缓解我国油气资源的对外依存程度。深入认识热解过程中的产物变化规律和反应机理,对于煤炭清洁高效转化工艺的研究至关重要。【方法】采用反... 【目的】我国富油煤资源丰富,通过热解技术可将其转化为能源产品(化学品、气体或液体燃料等),缓解我国油气资源的对外依存程度。深入认识热解过程中的产物变化规律和反应机理,对于煤炭清洁高效转化工艺的研究至关重要。【方法】采用反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟探究富油煤(长焰煤)热解过程以及H_(2)O气氛对热解产物分布的影响和作用机制。【结果和结论】结果表明,富油煤(长焰煤)热解的温度范围为1200~2800 K,热解过程主要分为热解(1200~2000 K)和缩聚(2000~2800 K)两个阶段。在热解阶段,随着温度的升高,煤分子快速裂解,焦炭产物不断减少,焦油和气体产物不断增加;在缩聚阶段,焦油产物之间发生缩聚反应生成焦炭,同时释放小分子气体,导致焦油产物减少,焦炭和气体产物增加。因此,提高热解温度、延长热解时间可得到更多的气体产物,而提升焦油产量的关键则是抑制缩聚反应发生。在高温缩聚阶段引入H_(2)O气氛热解,结果表明,H_(2)O能够有效地促进煤分子的裂解,随着H_(2)O占比的增加,煤热解体系中C―C键减少,C―H和C―O键增加。分析二者之间的交互作用发现,煤热解产生的自由基与H_(2)O反应,促进H_(2)O分子分解,H_(2)O分解产生的H•和OH•又进一步促进煤裂解,并与煤热解产物反应,生成更多的焦油和气体。研究加深了对富油煤热解过程的理解,对煤炭资源的清洁高效利用具有一定指导意义。 展开更多
关键词 富油煤 热解 反应机理 H_(2)O气氛 反应分子动力学
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聚四氟乙烯基活性材料化学反应分子动力学模拟
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作者 安德隆 肖建光 +1 位作者 马俊杨 徐瑞泽 《中北大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第2期222-228,共7页
为了研究铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)活性材料独特释能特性背后的微观机制,采用反应分子动力学方法模拟了PTFE基体热解及Al/PTFE化学反应的过程。模拟结果表明:PTFE基体碳链发生随机断裂后产生自由基片段,(-CF_(2)-CF_(2)-)从自由基链端脱... 为了研究铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)活性材料独特释能特性背后的微观机制,采用反应分子动力学方法模拟了PTFE基体热解及Al/PTFE化学反应的过程。模拟结果表明:PTFE基体碳链发生随机断裂后产生自由基片段,(-CF_(2)-CF_(2)-)从自由基链端脱落产生C_(2)F_(4);在Al/PTFE体系内,Al与PTFE发生脱氟反应并于铝表面生成AlFx,AlFx最终解离为AlF_(3),AlF_(4)等铝氟小分子,与此同时,PTFE失去F后发生化学诱导分解,在低于PTFE热解温度时即发生分解。此外,通过Arrhenius公式计算得出PTFE基体热解的活化能为146 kJ/mol,Al与PTFE反应的活化能为16.4 kJ/mol。 展开更多
关键词 分子动力学 铝/聚四氟乙烯 反应力场 活性材料 热解
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Theoretical Study on the Mechanism of CF_2 Reaction with CH_2O
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作者 李志锋 吕玲玲 +1 位作者 朱元成 刘新文 《Chinese Journal of Structural Chemistry》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1039-1044,共6页
The insertion reaction mechanism of CF2 with CH2O was investigated at the B3LYP/6-311G(d)//MP2/6-311G(d) level. The geometric conformations at each stationary point in reaction potential surface were fully optimiz... The insertion reaction mechanism of CF2 with CH2O was investigated at the B3LYP/6-311G(d)//MP2/6-311G(d) level. The geometric conformations at each stationary point in reaction potential surface were fully optimized and the transition states were verified by intrinsic reaction coordinate (IRC) and frequency analysis. The energies of all reactants were calculated with CCSD(T)/6-311G(d)//G2MP2 methods. Results indicated that the P1 reaction route with difuoroaldehyde as product is the dominant reaction pathway, which exhibits nucleophilic character. According to NBO analysis, the starting point of insertion reaction is the interaction between carbene LP(C3) and formaldehyde π(Cl-O2). Besides, the thermodynamic and dynamic properties of dominated reaction (1) at different temperature were studied with statistic thermodynamic method and Eyring transition state theory adjusted by Wigner means, from which the proper temperature (500- 1200 K) of reaction (1) could be estimated. Finally, the thermo- dynamic and dynamic properties of insertion reaction mechanisms (CF2, CX2 (X = Cl, Br) with CH2O) were compared and discussed. 展开更多
关键词 CF2 CH2O insertion reaction density functional theory thermodynamic and dynamic properties
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异戊醇热分解的分子动力学模拟
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作者 朱跃进 刘秀婷 +1 位作者 赵珉 张祚炜 《江苏大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第6期719-724,共6页
为了探究异戊醇热分解的过程,采用反应力场分子动力学方法,模拟异戊醇的热分解过程,考察不同温度对异戊醇热分解的影响规律.研究结果表明:异戊醇热分解的初始反应主要分为两类,第一类为C—C键的断裂,第二类为O—H键的断裂;在热分解过程... 为了探究异戊醇热分解的过程,采用反应力场分子动力学方法,模拟异戊醇的热分解过程,考察不同温度对异戊醇热分解的影响规律.研究结果表明:异戊醇热分解的初始反应主要分为两类,第一类为C—C键的断裂,第二类为O—H键的断裂;在热分解过程中,首先生成丙烯和乙烯这两种产物,其中乙烯分子数量远大于丙烯,异戊醇热分解的主要产物为氢气、水、丙烯、乙烯、丙炔、甲烷和甲醛;温度升高可以加快异戊醇的热分解,促进反应产物的生成;不同初始反应温度下,随着反应的进行,异戊醇热分解得到的产物有所不同,温度为2000 K和2400 K时产物以丙烯为主,温度升高到2800 K时丙烯分子数量迅速增加到最大值,之后开始逐渐减少. 展开更多
关键词 异戊醇 分子动力学 反应力场 热分解 反应路径
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锂离子电池SEI多尺度建模研究展望 被引量:4
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作者 张慧敏 王京 +4 位作者 王一博 郑家新 邱景义 曹高萍 张浩 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期366-382,共17页
锂离子电池高还原性负极表面的固体电解质界面膜(SEI)是影响电池电化学性能与稳定性的关键组分,但SEI的形成涉及多尺度、多物理场下的复杂过程,且组分异常复杂。在电池外壳“黑箱”环境下,现有的非原位技术对其表征无能为力,而原位技术... 锂离子电池高还原性负极表面的固体电解质界面膜(SEI)是影响电池电化学性能与稳定性的关键组分,但SEI的形成涉及多尺度、多物理场下的复杂过程,且组分异常复杂。在电池外壳“黑箱”环境下,现有的非原位技术对其表征无能为力,而原位技术又难以得到较高真实度的结果,难以深入理解SEI的相关机制。采用数学的方法对SEI进行建模研究,有望将复杂的物理场进行解耦,进而精准描述SEI的形成和演化的机制与过程,是近年来电池领域的研究热点。本文按对象尺度由小到大从原子到介观尺度逐渐增大的顺序分别总结了第一性原理分子动力学、反应力场分子动力学、经典分子动力学、蒙特卡罗算法、宏观性质建模在SEI建模研究中的应用进展,介绍其在指导电极材料开发及电解液改性方面的成功案例,着重讨论分析了多尺度建模研究SEI的难点与不足。并提出针对SEI的电化学势场特性建立力场算法平台,采用动力学蒙特卡罗方法和机器学习辅助将模型拓展到数万直至数亿原子,并通过逐级计算结合试验验证及专家评估促使收敛,获得具有量子力学精度且带电化学势场的SEI模型,有望实现SEI的长时域建模。 展开更多
关键词 锂离子电池 多尺度模拟 分子动力学模拟 反应力场 固体电解质界面膜
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超临界水氛围下萘开环机理 被引量:1
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作者 赵浩 张英佳 黄佐华 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期91-97,共7页
超临界水气化技术是一种煤炭高效清洁低碳利用的新型技术,可以将煤直接转化为氢气、二氧化碳等产物,并将煤中的氮、硫、重金属等污染物以固体无机盐的形式沉淀。芳香烃开环反应是超临界水煤炭气化过程的关键速控步之一,运用分子动力学... 超临界水气化技术是一种煤炭高效清洁低碳利用的新型技术,可以将煤直接转化为氢气、二氧化碳等产物,并将煤中的氮、硫、重金属等污染物以固体无机盐的形式沉淀。芳香烃开环反应是超临界水煤炭气化过程的关键速控步之一,运用分子动力学模拟软件LAMMPS对最简单的多环芳香烃萘,在超临界水氛围、不同温度和当量比下对开环反应过程进行模拟,结合自编程分析了原子键级变化并提取了基元反应,实现了定量化的反应动力学分析。模拟结果表明,萘分子数在高温下呈指数下降,反应速率与当量比呈弱相关。反应路径分析显示,萘的开环路径主要包括热解反应、脱氢反应和OH自由基加成反应,脱氢反应和OH自由基加成反应的通道分支比随着温度降低线性增加。物种通量分析结果表明,氢原子和水分子生成OH自由基和氢气分子反应是OH自由基的主要生成通道,萘分子的热解是氢原子生成的主要通道;水分子热解生成氢原子和OH自由基反应接近平衡,对OH自由基贡献有限。开环反应的定量分析结果可以在超临界水氛围芳香烃详细反应动力学机理上提供参考。 展开更多
关键词 分子动力学 多环芳烃 超临界水 反应动力学 反应力场
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沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制研究 被引量:46
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作者 叶建平 武强 +4 位作者 叶贵钧 陈春琳 岳巍 李红柱 翟振荣 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2002年第3期319-323,共5页
应用油气成藏动力学方法,研究沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制。通过热力场、应力场、地下水动力场的分析,认为本区具有良好的生烃条件和储集条件,晋城矿区南部,地下水流场为一种汇流区,这种地下水流场特征,导致煤层气在汇流区域得到... 应用油气成藏动力学方法,研究沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制。通过热力场、应力场、地下水动力场的分析,认为本区具有良好的生烃条件和储集条件,晋城矿区南部,地下水流场为一种汇流区,这种地下水流场特征,导致煤层气在汇流区域得到富集,形成地下水和煤储层中流体的能量的积聚,这种能量的聚集是形成高压储层的基础和保证。同时,南部还是低地应力分布区,渗透率相对地高,因此南部煤层气富集,煤层气产能大,是煤层气勘探开发最有利地区。晋城矿区北部为单向流动的地下水动力场,使得在相同地质背景下的同一地区出现不同的煤层气成藏特征。 展开更多
关键词 沁水盆地 煤层气 成藏动力学 热力场 应力场 水动力场
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钢铁冶金过程动态数学模型的研究进展 被引量:13
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作者 陈林根 夏少军 +3 位作者 谢志辉 刘晓威 沈勋 孙丰瑞 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期95-125,共31页
从铁矿石烧结、球团矿生产、铁水预处理、复吹转炉炼钢、炉外精炼和连铸等主要装置和工序层面,较为全面地综述了钢铁冶金过程动态数学过程模型国内外研究现状,分析了各装置及工序相关研究中的重点和难点,探讨了今后进一步研究的发展方向。
关键词 钢铁冶金 热力学 动力学 反应工程学 动态模型 数值模拟
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原位反应Al-Cu复合材料的反应机理分析 被引量:6
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作者 严学华 蒋宗宇 孙少纯 《江苏大学学报(自然科学版)》 EI CAS 2002年第2期70-73,共4页
借助X射线衍射和扫描电镜对铝熔体中生成Al2 O3的原位反应进行热力学和动力学分析 结果表明 :在大气、低温条件下 ,CuO与铝反应能生成δ Al2 O3,δ Al2 O3颗粒在基体合金中能均匀分布 ,大小在 3~ 5 μm ;CuO与铝反应的热力学分析认为... 借助X射线衍射和扫描电镜对铝熔体中生成Al2 O3的原位反应进行热力学和动力学分析 结果表明 :在大气、低温条件下 ,CuO与铝反应能生成δ Al2 O3,δ Al2 O3颗粒在基体合金中能均匀分布 ,大小在 3~ 5 μm ;CuO与铝反应的热力学分析认为反应是可以自发进行的 ;利用宏观反应动力学理论 ,提出微粒模型 ,认为主要影响反应速度的因素是铝液与CuO微粒接触时的浓度、微粒的内部结构、表面积与其体积之比。 展开更多
关键词 复合材料 原位反应 热力学 动力学 反应机理 铝铜复合材料 AL-CU复合材料
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用雷达观测资料改进MM5初始场的初步试验研究 被引量:24
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作者 托亚 梁海河 +1 位作者 马淑芬 朱福康 《南京气象学院学报》 CSCD 北大核心 2003年第5期661-667,共7页
采用同时调整热力学和动力学变量,并考虑湿度与温度的变化相协调的初始化方法,引进雷达资料改善MM5模式的初始场。试验结果表明:经过优化处理的初始场,显著提高了模式对降水特别是甚短时(0~6h)降水的落区和量的预报准确率。其中调整热... 采用同时调整热力学和动力学变量,并考虑湿度与温度的变化相协调的初始化方法,引进雷达资料改善MM5模式的初始场。试验结果表明:经过优化处理的初始场,显著提高了模式对降水特别是甚短时(0~6h)降水的落区和量的预报准确率。其中调整热力学变量对改进降水落区预报比动力学变量的调整更为重要。 展开更多
关键词 初始场 中尺度 热力学变量 动力学变量 降水强度 雷达观测资料 预报
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