冲击作用下CL⁃20含能共晶的反应分子动力学模拟

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。

深层环境下固井水泥水化放热特性及井周温度场演化规律研究

塔里木盆地已建成我国最大的超深层油气生产基地,深层环境会对水泥水化放热特性产生一定的影响,研究深层环境下水泥水化放热及传热特性对明确井周温度场演化规律至关重要。文章首先根据现场实测资料建立了塔里木油田近井和远井地层温度方程,根据不同地层深度的温度分布情况,开展了不同温度下G级水泥水化放热实验,基于Krstulovic-Dabic(K-D)经典水化动力学模型,结合水泥成核结晶与晶体生长、相边界反应以及扩散三过程反应特征推导了不同温度下水泥水化放热预测曲线,进一步推导了套管-水泥环-地层热传导模型,并将放热曲线作为热源代入到有限元模型中,得到了不同井深的套管与水泥在水化放热与高温地层的共同作用下温度场的变化情况。研究结果可为下一步分析有限局部空间的温度场变化对地层压力和套管变形影响提供技术支持。

基于分子动力学的聚丙烯电热应力老化特性分析

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%。

基于ReaxFF MD模拟的低阶煤热解产物演化规律及反应机理

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。

电热作用下矿物绝缘油裂解的反应分子动力学模拟

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。

镍铁矿热炉熔炼过程中的多物理场耦合

建立了一个三维多物理场耦合模型,揭示矿热炉运行过程中电磁、温度、化学反应间的相互作用机理该模型不仅将电磁理论、多相流动、传热、还原反应整合到统一的计算框架中,还通过用户自定义函数(UDFs)将电弧热、焦耳热和化学反应热加入到能量方程源项中研究了不同电极插入深度下的熔池温度分布,并分析了熔池不同位置处的还原反应量结果表明:随着电极插入深度的增加,熔池温度不断升高在磁场作用下,熔池底部温度分布均匀熔池区内氧化镍比铁氧化物还原更彻底,而坩埚区内镍铁氧化物均被彻底还原当电极插入深度为21m和22m时,有助于提高炉料温度,适用于升温阶段当电极插入深度为20m时,炉料温度和铁氧化物的还原量更为均衡,适用于稳定熔炼阶段。

聚四氟乙烯基活性材料化学反应分子动力学模拟

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。

碱激发胶凝材料在充填领域的应用及发展

碱激发胶凝材料是一种由硅铝酸盐矿物在碱激发剂的激发活化作用下形成的无机胶凝材料,具有强度高、耐久性优异、绿色环保等优点。为明确碱激发胶凝材料在溶洞等充填领域的应用现状,简要介绍了碱激发胶凝材料胶结骨料的反应机理,分别阐述了碱激发矿渣、粉煤灰、尾矿和有色金属冶炼渣等胶凝材料在充填领域的研究进展,概括提出了碱激发胶凝材料在充填领域的下一步研究发展趋势。结论表明,碱激发胶凝材料胶结骨料的反应机理主要包括溶解、解聚、缩聚和固化等阶段,相较于水泥基胶结充填体,碱激发矿渣、粉煤灰、尾矿和有色金属冶炼渣胶结充填体表现出了更为显著的力学特性、工作性能、成本低廉和环境相容性。

天然气塔式同轴分级燃烧室掺氢燃烧特性数值模拟研究

为了解天然气掺氢对贫预混燃气轮机性能的影响,采用Chemkin-pro研究了燃料的化学反应动力学特性,对比了不同当量比、掺氢比下的绝热火焰温度、层流火焰传播速度及点火延迟时间,结果表明掺氢能缩短燃料点火延迟时间,增加绝热火焰温度及提高火焰传播速度。进一步以天然气塔式同轴分级燃烧室为研究对象,研究了掺氢比对燃烧室燃烧场分布及燃烧效率、总压损失系数、温度分布不均匀度、一氧化碳及氮氧化物排放量等性能参数的影响。结果表明,随着掺氢比的增加,燃烧效率上升,总压损失系数增加,温度分布不均匀度下降,一氧化碳排放量下降,氮氧化物排放量增加。掺氢比在35%时燃烧室发生回火。在30%~35%掺氢比范围内,燃烧室性能参数变化较大。其中,总压损失系数增幅为24.74%,温度分布不均匀度降幅为31.11%,氮氧化物排放量增幅为416.12%。

SiC高温激活退火炉反应室的温场均匀性研究

SiC高温激活退火炉反应室的温度高、结构复杂,通工艺气体时易导致反应室内温度不均匀,影响产品质量。为获得高均匀温场的反应室,根据退火炉的设备数据建立反应室的物理模型;基于固体和流体传热、表面对表面辐射传热模型等,应用COMSOL Multiphysics6.0系统构建退火炉反应室仿真模型。通过改变工艺管、衬管结构,优化加热器距离、气体流量、隔热屏高度等参数来模拟退火炉反应室的温度分布情况。仿真结果表明:将工艺管和衬管设计为嵌套结构,加热器距离为9 mm、流量为25 L/min、隔热屏高度为178 mm时,最大温差由340℃降至±4℃,反应室内温场均匀性达到最优。

浅层地温能岩土热物理性质及地温场特征——以山东省莒县为例

本文以山东莒县为例,采用野外调查、岩土样品热物理测试、水样测试、现场热响应试验、地温监测的方法,利用现场数据及实验室测试数据,总结了莒县浅层地温能不同岩土体热物理参数特征,岩土体的热扩散率、比热容与其密度呈负相关性,导热系数与其密度呈正相关性。浅层地热水与岩石之间的化学作用没有达到平衡状态,水-岩反应微弱。浅层地温空间分布特征为北部第四系厚度较大,地温较高,西南部以红土崖组和田家楼组为主则地温较低。对莒县浅层地温能换热方式适宜性评价及概算浅层地温能资源量提供了依据,对于地源热泵系统的设计和运行具有重要的参考价值。

改良电场贴片操作方法对胶质母细胞瘤肿瘤电场治疗患者头皮不良反应的影响

目的 探讨改良电场贴片操作方法对胶质母细胞瘤(GBM)肿瘤电场治疗(TTFields)头皮不良反应的影响。方法 选取于空军军医大学唐都医院2019年5月—2022年7月接受TTFields的73例GBM患者为研究对象,其中2021年4月前的36例采用常规电场贴片操作方法的患者为对照组,2021年5月后的37例在电场贴片粘贴、移除、高温环境维护等环节进行改进的患者为改良组。比较两组患者TTFields头皮不良反应的发生率、佩戴电场治疗的依从性等指标。结果 改良组患者发生头皮瘙痒(P=0.024 6)、接触性皮炎(P=0.025 3)、皮肤溃疡(P=0.029 9)的发生率显著低于对照组,佩戴电场治疗依从性≥90%的几率较对照组显著提高(分别为81.1%和52.8%,P=0.010 1)。针对两组患者头皮不良反应的研究发现,夏季患者头皮不良反应的发生率最高(56.16%),冬季则最低(8.22%),采用改良电场贴片操作方法后,可以显著降低在夏季(P=0.000 2)、秋季(P=0.041 1)和春季(P=0.034 2)的头皮不良反应的发生。结论 胶质母细胞瘤TTFields患者采用改良电场贴片的操作方法可有效预防头皮不良反应的发生,减少电场治疗的中断,提高治疗依从性。

Hydromagnetic Squeezing Nanofluid Flow between Two Vertical Plates in Presence of a Chemical Reaction

In this study, Hydromagnetic Squeezing Nanofluid flow between two vertical plates in presence of a chemical reaction has been investigated. The governing equations were transformed by similarity transformation and the resulting ordinary differential equations were solved by collocation method. The velocity, temperature, concentration and magnetic induction profiles were determined with help of various flow parameters. The numerical scheme was simulated with aid of MATLAB. The results showed that increasing the squeeze number only boosts velocity and concentration while lowering temperature. Conversely, increasing the Hartmann number, Reynold’s magnetic number, Eckert number and Thermal Grashof number generally increases temperature but decreases both velocity and concentration. Chemical reaction rate and Soret number solely elevate concentration while Schmidt number only reduces it. The results of this study will be useful in the fields of oil and gas industry, plastic processing industries, filtration, food processing, lubrication system in machinery, Microfluidics devices for drug delivery and other related fields of nanotechnology.

单纳米粒子表面的甲醇电催化氧化过程

由于全球资源短缺和环境污染等问题日益加剧,开发利用洁净高效的新能源已成为当今社会研究热点.其中,直接甲醇燃料电池(DMFC)具有低温启动、无需重整制氢、洁净环保和体积小巧等特性,展现出较好的应用前景.DMFC的阳极反应为甲醇氧化反应,甲醇的完全氧化涉及到复杂的六步电子转移反应过程.揭示甲醇氧化的反应路径与机理,阐明催化剂的真实活性中心以及毒化效应,对于高效催化剂的设计和制备至关重要.随着纳米技术的发展,在单颗粒水平对纳米催化剂进行表征受到了越来越多的关注.因此,亟需发展具有高灵敏度的原位界面表征方法,实现纳米尺度的精准测量,排除催化剂平均效应,获取纳米表界面真实的催化反应信息.本文结合纳米等离子共振散射光谱与电化学技术,获得了单个纳米催化剂的同步光电响应信号,实现单颗粒水平纳米粒子表面化学、电化学反应过程(如电荷转移、分子吸附等)的高灵敏监测,揭示纳米尺度表界面催化反应机制.利用这一技术,动态监测了单个金/铂包金纳米颗粒表面的甲醇氧化过程.结果表明,在金纳米颗粒表面,甲醇氧化主要通过HCOOH路径,生成产物为HCOOH或CO_(2).其中,反应中间体与羟基离子的竞争性吸附起到重要作用,反应决速步为Au-OH和Au-CHO的共吸附.而铂催化甲醇氧化主要经过CO路径,决速步为Pt-OH和Pt-CO氧化生成Pt-COOH过程.此外,观测到金和铂氢氧化物为催化反应的活性物种,进一步证实了金属氧化物对于催化活性的钝化作用.结合密度泛函理论模拟,明确了甲醇氧化反应中间体吸附与金属氢氧化物演变之间的内在联系.综上,本文利用纳米等离子共振散射光谱,原位监测了单个纳米粒子表面的甲醇电催化氧化过程,实现了催化剂真实活性物种演变与失活过程的直接观测,揭示了不同催化剂表面的决速步骤,为提高催化反应效率提供了更加准确的反应信息.本文将有益于纳米等离子共振散射光谱在电催化反应高灵敏监测方面的广泛应用,并为高效甲醇催化剂的制备提供参考.

迟发性血清学输血反应患者输血相容性检测的特征分析——附6例报告

目的 回顾性分析迟发性血清学输血反应患者输血相容性检测特点,为临床安全有效、科学合理输血提供参考。方法 2020年4月至2021年7月在成都市第三人民医院或四川省人民医院申请血型鉴定、意外抗体筛查及输血的患者共6名,鉴定患者ABO和RhD血型、意外抗体筛查、交叉合血、抗体鉴定、直接抗人球蛋白试验采用微柱法,采用酸放散液鉴定红细胞表面致敏抗体,聚乙二醇增强抗原抗体反应;毛细管高速离心技术分离患者自身红细胞和输入红细胞,血清学方法检测红细胞表面抗原;同时总结患者输入抗原阳性红细胞前后特点。结果 1、2号患者血浆中检出抗-E,红细胞放散液中检出抗-c,-E,而3、4、5、6号患者血浆及红细胞放散液中分别检出抗-C、抗-E、抗-JKa、抗-Fyb,毛细管高速离心后6名患者血液标本远心端检出相应抗原阳性红细胞。结论 对于多次输血且近期有输血史患者,检测到新出现的、有临床意义的红细胞抗体,直接抗人球蛋白试验阳性或红细胞抗体筛查阳性而患者无溶血的临床症状,应怀疑发生迟发性血清学输血反应,并及时启动输血反应调查程序。

永磁游标电动机双绕组低谐波设计与磁热性能比较

为削弱永磁游标电动机的电枢反应磁场中的无效谐波含量,实现电动机高效运行,基于磁场调制理论提出一种双绕组低谐波永磁游标电动机.首先,阐明谐波抵消原理;其次考虑到温升对导线和永磁体性能的影响,利用有限元法对传统永磁游标电动机和双绕组低谐波永磁游标电动机的电磁场和温度场进行双向耦合计算,并对气隙磁密、转矩和温升等性能参数进行对比.研究结果表明:得益于低谐波设计,双绕组低谐波永磁游标电动机的转矩和效率得到改善,相比传统永磁游标电动机,在常温20℃时,所提出的双绕组低谐波永磁游标电动机的平均转矩和效率分别增长2.62%和0.55%,转矩脉动下降50.15%;温度收敛至稳态后,双绕组低谐波永磁游标电动机的平均转矩和效率分别增长2.66%和0.57%,脉动下降50.16%,验证了该低谐波设计方案的有效性.

裂齿式永磁游标电动机性能分析与比较

针对永磁游标电动机(permanent magnet vernier motor, PMVM)转矩密度大和功率密度高的特点,将其与传统永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)的性能进行比较研究.给出了6槽32极裂齿式PMVM的结构及工作原理,采用有限元仿真软件JMAG对其永磁磁场和电枢反应磁场的气隙磁密、空载感应电势、转矩、损耗等进行了分析,并与两台具有相同直径、轴长、定子齿数的PMSM进行了定量比较.结果表明:相比于6槽32极和6槽4极PMSM,6槽32极裂齿式PMVM平均转矩分别增加约45.0%和76.2%,转矩脉动减小约90.5%和95.0%,这揭示了PMVM转矩密度大、转矩脉动小的优点.然而,由于PMVM气隙中含有大量不同极对数、不同旋转速度的谐波磁场,导致其铁耗和永磁体涡流损耗较大.

水液相下羟基负离子催化两性赖氨酸分子手性反转的理论研究

采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了水液相下羟基负离子催化两性赖氨酸分子的手性反转。反应过程研究发现:经过羟基负离子水分子簇抽取α-H质子和碳负离子的α-C抽取水分子簇的H质子过程,赖氨酸分子实现手性反转。势能面计算表明:羟基负离子水分子簇与α-H和羰基O氢键作用,赖氨酸分子实现手性反转的决速步能垒为51.1~59.9 kJ/mol;羟基负离子水分子簇与α-H和氨基N氢键作用,赖氨酸分子实现手性反转的决速步能垒为52.8~58.0 kJ/mol,均远低于水液相下两性赖氨酸分子手性反转的能垒110.0 kJ/mol。结果表明,水液相下羟基负离子对赖氨酸的手性反转有催化作用,碱性环境不利于健康。

锂离子电池SEI多尺度建模研究展望

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。

异戊醇热分解的分子动力学模拟

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.