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基于MVVM的ReaxFF MD模拟的化学反应数据系统的建立
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作者 魏财熠 夏诏杰 +3 位作者 李晓霞 郑默 任春醒 李双明 《科技通报》 2024年第1期1-7,25,共8页
基于反应力场(reactive force field,ReaxFF)的反应分子动力学模拟的结果分析具有挑战性。国际首个ReaxFF MD化学反应分析及可视化工具VARxMD(visulization and analysis of ReaxFF molecular dynamics)可自动生成不同时刻之间完整的化... 基于反应力场(reactive force field,ReaxFF)的反应分子动力学模拟的结果分析具有挑战性。国际首个ReaxFF MD化学反应分析及可视化工具VARxMD(visulization and analysis of ReaxFF molecular dynamics)可自动生成不同时刻之间完整的化学反应列表,通过物种检索进一步对反应路径进行分类。但VARxMD目前的反应分析针对的是某一确定条件下单一的ReaxFF MD模拟轨迹,利用VARxMD分析获得一次模拟的完整反应列表需要消耗大量计算资源和时间。本文提出基于数据库来储存VARxMD反应分析结果数据,基于数据库检索进一步分析反应的思路,并采用MVVM(model-view-view model)的系统设计模式、结合渐进式框架Vue.js建立了ReaxFF MD模拟的化学反应数据系统ReaxMDDB(reaction database of ReaxFF MD simulation)。系统应用于多个RP-3模型热解和氧化模拟反应数据的结果表明:该系统不仅实现了多个ReaxFF MD模拟的详细反应的统一分析和化学反应的2D分子结构显示,而且可永久保存模拟获得的反应数据集以备后续进一步分析反应机理。ReaxMDDB具有很好的通用性,为认识不同反应模拟所揭示的共性化学反应机理提供了方便的平台。 展开更多
关键词 反应数据库 反应分子动力学 化学信息学 MVVM reaxff md
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ReaxFF MD局部区域反应追踪与物理性质可视化分析 被引量:4
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作者 唐钰杰 郑默 +2 位作者 任春醒 李晓霞 郭力 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第10期67-77,共11页
基于ReaxFF反应力场的反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法已应用于复杂反应过程如热解、氧化、催化反应等反应机理的研究而备受关注。这类过程不仅化学反应复杂、且伴随物理过程的变化,其模拟结果分析具有挑战性。国际上首个ReaxFF MD... 基于ReaxFF反应力场的反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟方法已应用于复杂反应过程如热解、氧化、催化反应等反应机理的研究而备受关注。这类过程不仅化学反应复杂、且伴随物理过程的变化,其模拟结果分析具有挑战性。国际上首个ReaxFF MD化学反应分析及可视化工具VARxMD可在自动分析化学反应位点的基础上获得完整反应列表、反应物和生成物的动态演化、指定反应物与生成物之间的反应网络等多层次化学反应信息,并进行基于2D和3D化学结构的可视化。因VARxMD主要针对完整模拟体系进行全局化学反应信息的挖掘,缺乏针对模拟体系中指定3D局部区域内的化学反应进行追踪和物理性质分析的能力。本工作基于VARxMD对全局化学反应的分析结果和可视化方法,通过动态继承VARxMD的全局反应分析结果,从VARxMD全局反应3D可视化视图入手进行扩展,将VTK可视化框架的观察者模式与命令模式相结合,建立了模拟体系3D局部区域的选择和绘制方法,实现了3D局部区域内化学反应追踪和瞬态结构特性的分析。从模拟体系全局分析到3D局部区域分析能力的扩展已应用于煤热解反应模拟中煤颗粒孔道间的反应追踪以及含能材料热分解过程中富碳团簇形成过程中的瞬态结构表征,也有望应用于催化反应体系表界面反应分析、含能材料爆轰过程中反应热点分析,以及煤、生物质、高分子、碳氢燃料、含能材料等体系的热解与氧化反应的ReaxFF MD模拟。 展开更多
关键词 reaxff md 区域反应追踪 物理性质 可视化
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RP-3高温氧化初始阶段反应机理的ReaxFF MD模拟 被引量:8
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作者 刘晓龙 李晓霞 +3 位作者 韩嵩 乔显杰 钟北京 郭力 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1424-1433,共10页
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... 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。 展开更多
关键词 RP-3 反应机理 反应分子动力学 氧化 分子模拟
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基于ReaxFF MD方法的煤焦增压富氧燃烧模拟 被引量:4
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作者 洪迪昆 雷鸣 +1 位作者 翟晓明 郭欣 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期302-308,共7页
基于实验表征结果构建了准东五彩湾煤焦的分子结构模型,采用基于反应力场的分子动力学(ReaxFF MD)方法研究了压力对准东五彩湾煤焦富氧燃烧的影响,并通过分析煤焦结构的演变从微观分子层面上揭示了压力对煤焦氧化反应和气化反应的影响... 基于实验表征结果构建了准东五彩湾煤焦的分子结构模型,采用基于反应力场的分子动力学(ReaxFF MD)方法研究了压力对准东五彩湾煤焦富氧燃烧的影响,并通过分析煤焦结构的演变从微观分子层面上揭示了压力对煤焦氧化反应和气化反应的影响机制。结果表明:煤焦的整体碳转化率随着压力的升高而增加;增压提高了氧化反应对煤焦转化的净贡献,却降低了气化反应对煤焦转化的净贡献;增压降低了煤焦氧化反应的活化能,但对煤焦气化反应活化能的影响并不明显。 展开更多
关键词 富氧燃烧 煤焦 压力 气化反应 分子动力学
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晶体纤维素热解初期力学强度的ReaxFF-MD模拟
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作者 贾祎樊 陈德珍 袁国安 《广东化工》 CAS 2023年第12期4-6,12,共4页
纤维素是棉和纸张的主要成分,以棉和纸张为代表的干垃圾组分在热解及资源化处理时需要克服其高力学强度,掌握纤维素的力学强度在热解初期随温度变化的规律,有利于热解等工艺的优化。本文构建了晶体纤维素分子模型,并基于反应力场分子动... 纤维素是棉和纸张的主要成分,以棉和纸张为代表的干垃圾组分在热解及资源化处理时需要克服其高力学强度,掌握纤维素的力学强度在热解初期随温度变化的规律,有利于热解等工艺的优化。本文构建了晶体纤维素分子模型,并基于反应力场分子动力学模拟(ReaxFF-MD)对其进行了不同温度下的拉伸模拟,计算了对应的拉伸强度。结果表明,随着温度升高,即使系统内总的化学键能变化很小,晶体纤维素内部的氢键网络结构被破坏。 展开更多
关键词 纤维素 热解 力学强度 reaxff-md 反应路径
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ReaxFF MD模拟结果分析中化学反应路径网络的发现 被引量:3
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作者 贺巧鑫 任春醒 +4 位作者 李晓霞 郭力 张婷婷 高明杰 韩嵩 《计算机与应用化学》 CAS 北大核心 2019年第4期299-303,共5页
反应分子动力学(ReaxFFMD)是一种极具潜力可应用于模拟较大规模分子体系(>10,000个原子)化学反应的新方法。大规模ReaxFF MD模拟得到的原子轨迹和键级信息中蕴含着复杂的化学反应信息,人工分析机理并不现实。利用作者课题组开发的反... 反应分子动力学(ReaxFFMD)是一种极具潜力可应用于模拟较大规模分子体系(>10,000个原子)化学反应的新方法。大规模ReaxFF MD模拟得到的原子轨迹和键级信息中蕴含着复杂的化学反应信息,人工分析机理并不现实。利用作者课题组开发的反应分子动力学分析与可视化工具VARxMD可从模拟结果中自动获取物种信息和详细的化学反应列表,并提供了基于子结构等特征对反应物种及其参与的反应进行分类。本工作在此基础上,进一步扩展了对指定起始反应物物种与目标产物物种之间的所有反应路径的搜索、并构建化学反应网络的功能。本文概要介绍反应路径的搜索策略,并以含能材料CL-20热分解生成N2产物为例,介绍了反应路径搜索得到的反应路径及其交互式可视化的应用。 展开更多
关键词 reaxff md VARxmd 反应路径 化学反应网络
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ReaxFF MD模拟的物种和化学反应自动分类及可视化 被引量:8
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作者 韩君易 李晓霞 +6 位作者 郭力 郑默 乔显杰 刘晓龙 高明杰 张婷婷 韩嵩 《计算机与应用化学》 CAS 2015年第5期519-526,共8页
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... 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。 展开更多
关键词 反应分子动力学 VARxmd 反应分类 物种分类 化学反应机理
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煤热解模拟新方法—ReaxFF MD的GPU并行与化学信息学分析 被引量:3
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作者 李晓霞 郑默 +4 位作者 韩君易 郭力 刘晓龙 乔显杰 袁小龙 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期373-382,共10页
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... 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. 展开更多
关键词 reaxff md Gmd-Reax VARxmd 煤热解 化学反应分析 GPU高性能计算 反应机理
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原油裂解的反应分子动力学模拟研究进展
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作者 李美俊 陈浩琛 +1 位作者 李凤麒 刘晓强 《长江大学学报(自然科学版)》 2024年第3期76-85,共10页
反应分子动力学(Reaction Force Field Molecular Dynamics,ReaxFF MD)模拟通过在键级描述化学反应过程中键的断裂和形成,从微观尺度探索复杂的反应机理,弥补了实验研究的不足。该方法已广泛应用于油气地球化学领域,例如干酪根的生烃演... 反应分子动力学(Reaction Force Field Molecular Dynamics,ReaxFF MD)模拟通过在键级描述化学反应过程中键的断裂和形成,从微观尺度探索复杂的反应机理,弥补了实验研究的不足。该方法已广泛应用于油气地球化学领域,例如干酪根的生烃演化、原油的裂解和相态演化等。本文系统总结和评述了原油裂解反应动力学分子模拟的现状、进展以及未来的发展趋势。首先,对原油各组分的裂解动力学特征、裂解过程、产物分布、生成途径以及热解初始反应机理方面取得的成果进行了总结,并分析了该领域目前存在的挑战及未来的发展方向。尽管分子模拟是研究原油裂解机理的有力工具,但目前仍处于初步研究阶段。现有的研究多采用原油中的某单一组分作为代表,并侧重于考查温度对原油裂解的影响,而对各组分间的相互作用、压力、介质条件和储层环境的影响研究尚不充分。未来的研究应聚焦于构建复杂真实的原油模型,还原地质条件下的原油裂解过程,并将分子模拟、实验和地质研究相结合,为系统研究油气的裂解机理提供重要参考和有用指导。当前的分子模拟研究表明,原油各组分的裂解动力学、裂解产物和裂解过程与实验结果基本一致。与此同时,分子模拟能够追踪自由基、过渡态以及中间体结构,并获取成键特征、活化能、选择性等重要信息。因此,分子模拟可以准确刻画各类烃分子的初始反应路径,并解释裂解产物的差异性。 展开更多
关键词 反应分子动力学(reaxff md) 原油裂解 热解实验 热解机理
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典型聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯废塑料共热解初期反应特性的ReaxFF分子模拟研究 被引量:6
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作者 贺兴处 陈德珍 《燃料化学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期346-356,共11页
利用反应力场分子模拟(ReaxFF MD)结合反应机理自分析(AutoRMA)工具,从动力学、热解产物及热解反应过程三方面在原子层面上,探究了典型聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)废塑料共热解的反应机理。结果表明,PE/PP/PS共热解的动力学... 利用反应力场分子模拟(ReaxFF MD)结合反应机理自分析(AutoRMA)工具,从动力学、热解产物及热解反应过程三方面在原子层面上,探究了典型聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)废塑料共热解的反应机理。结果表明,PE/PP/PS共热解的动力学参数可通过C-C键和C-H键断裂的活化能加权求和(即Char Bonds方法)获得,其活化能估计值与实验值的误差仅为±3.86%;因此可以由C-C键和C-H键的断裂来表征热解反应进程。对于PP-PE混合塑料热解体系,增加其中PP的含量可以提高油和可燃气的产率,而对于PP-PS体系,增加其中PS的含量可以提高炭和油产率。在PE-PPPS混合塑料热解体系中,高温有利于重油裂解为轻油,轻油相对含量从2400 K的44.77%升高到3000 K的56.18%;同时,高温也会促使烃类小分子进一步裂解生成更小分子产物,随热解温度升高,H_(2)和CH_(4)的产率明显上升,但C_(2)H_(4)和C_(3)H_(6)的产率先上升后降低。相比单独热解,混合热解体系开始反应时间有所延迟,但达到第一次平衡的总反应时间缩短,并且更倾向于生成较小分子的产物。PE和PP单独热解时,首先生成其单体,继而生成烷烃和小分子气体,但在共热解过程中,首先生成烷烃和小分子气体,而后生成其单体。PS在共热解体系中更倾向于提供·H自由基从而与PE和PP生成的自由基结合,形成小分子烷烃或H_(2)。 展开更多
关键词 共热解 废塑料 反应力场分子模拟(reaxff md) 动力学 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)
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基于ReaxFF力场的对硝基苯酚臭氧氧化分子动力学模拟 被引量:8
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作者 王子民 郑默 +4 位作者 谢勇冰 李晓霞 曾鸣 曹宏斌 郭力 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1399-1410,共12页
本文采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学方法(ReaxFF MD),利用自主研发的国际首个基于GPU加速的ReaxFF MD程序系统GMD-Reax和独特的化学反应分析工具VARx MD,探索臭氧氧化对硝基苯酚的反应机理。通过模拟考察了300 K恒温条件下臭氧氧... 本文采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学方法(ReaxFF MD),利用自主研发的国际首个基于GPU加速的ReaxFF MD程序系统GMD-Reax和独特的化学反应分析工具VARx MD,探索臭氧氧化对硝基苯酚的反应机理。通过模拟考察了300 K恒温条件下臭氧氧化水中对硝基苯酚的行为,获得了酚结构开环、CO_2生成、主要自由基(·OH、·O_2、·O)及团簇型自由基的数量演变趋势,并可定性描述六元环开环和CO_2生成均遵循伪一级反应动力学规律。反应机理分析表明酚类分子在水溶液中被臭氧氧化的路径主要经过攫氢、六元环开环、碳链的氧化分解三个阶段,也揭示了自由基和团簇型自由基在臭氧降解对硝基苯酚时所发挥的重要作用。本工作是应用ReaxFF MD分子模拟方法对常温水环境下臭氧降解酚类污染物反应机理研究的一个尝试,可为深入认识该机理及相关的实验、理论研究提供一定的参考。 展开更多
关键词 对硝基苯酚 臭氧 反应分子动力学模拟 自由基行为 反应机理
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基于ReaxFF场的矿物绝缘油热解分子动力学模拟 被引量:17
12
作者 杜林 王五静 +3 位作者 张彼德 王誉博 相晨萌 王杰 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期488-497,共10页
热故障是影响充油设备安全运行的重要因素,基于Reax FF力场的分子动力学模拟方法建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,深入研究了不同温度下矿物绝缘油的动态热解过程和产气规律。通过Reactive-MD-analysis识别模块对矿物绝缘油热... 热故障是影响充油设备安全运行的重要因素,基于Reax FF力场的分子动力学模拟方法建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,深入研究了不同温度下矿物绝缘油的动态热解过程和产气规律。通过Reactive-MD-analysis识别模块对矿物绝缘油热解产物的识别和统计,结合仿真的动态图像分析了矿物油的微观反应过程,得出矿物油热解的主要反应路径以及小分子气体的生成路径。同时重点分析了温度对热解微观过程的影响,结果表明:中温下大分子烃自由基的β–C断裂造成C_2H_4气体的大量产生;高温下C_3H_8、C_2H_6和C_2H_4的继续分解造成C_2H_6和C_2H_4气体的相继减少以及H_2、CH_4和C_2H_2气体的不断增多。通过与热重实验结果的对比,验证了仿真结果的合理性,说明ReaxFF反应动力学模拟为从分子上研究矿物绝缘油的热解提供了一种有效的途径。 展开更多
关键词 矿物绝缘油 热解 reaxff 温度 分子动力学模拟 Reactive-md-analysis
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基于ReaxFF分子动力学模拟研究宁夏高阶烟煤复合显微组分热解特性 被引量:2
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作者 王强 王睿涵 +2 位作者 张金鹏 李慧宁 白红存 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期1011-1019,共9页
以西部地区典型高阶烟煤为研究对象,从微观角度探究煤化学结构中化学键信息与热化学转化行为之间的内在联系。利用ReaxFF-MD在1000~3000 K温度内进行了一系列恒温模拟。研究了一种含有5765个原子的高阶烟煤复合显微组分分子模型的主要... 以西部地区典型高阶烟煤为研究对象,从微观角度探究煤化学结构中化学键信息与热化学转化行为之间的内在联系。利用ReaxFF-MD在1000~3000 K温度内进行了一系列恒温模拟。研究了一种含有5765个原子的高阶烟煤复合显微组分分子模型的主要热分解机理,并探讨了不同终温和不同升温速率下的热解反应产物分布。模拟结果显示,当温度为1000 K时,体系势能和分子数目随着反应时间无明显变化。随着热解反应温度的升高,体系势能和分子数目随反应时间的增加而增加,热解生成的C_(40+)组分含量降低,气体组分和C_(5)~C_(15)组分的含量增加。C_(16)~C_(4)0组分的含量先增加后减小,在2500 K时上升到最大值为13.68%。结果说明热解反应是一个吸热反应过程。在1500 K时热解反应开始发生,热解反应的温度越高,热解反应的速率越大。在热解反应初期主要发生非化学键、弱桥键和侧链结构的断裂,包括氢键、π…π堆积、C_(al)―O、C_(al)―C_(al)等化学键。结果导致镜质组和惰质组分子之间相互缠绕形成的聚集状态开始发生解聚和分解;随后由热解初始阶段产生的自由基和小分子碎片引发的桥键断裂反应和侧链的脱落,包括C_(al)―O,C_(al)―C_(al),C_(ar)―O,C_(al)―H等键。模拟温度为2500和3000 K时,模型以分解和缩聚反应为主,主要表现为焦油的二次反应。不同升温速率下热解反应生成的产物含量不同,C_(40+)组分的含量随着升温速率的增加而显著增加。C_(1)~C_(4)组分和非烃类气体的含量随着升温速率的增加呈现减小的趋势。升温速率越小达到相同热解温度所需要的时间越长,样品在热解温度下的停留时间也就越长,样品有足够的时间吸收热量,使热解反应更充分。样品中挥发分析出量越多,剩余的质量越少。然而,升温速率大,样品在热解温度下的停留时间越短,样品吸收的热量越少,热解反应不充分,热解效率低。因此,升温速率越大越不利于热解反应的发生。 展开更多
关键词 烟煤 显微组分 reaxff-md 热解 反应性
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DNP热分解机理的ReaxFF模拟
14
作者 兰贯超 张琳升 +4 位作者 刘学英 晁慧 李志华 曹端林 王建龙 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期491-501,共11页
为了研究3,4-二硝基吡唑(DNP)的热分解特性及机理,基于ReaxFF力场采用反应分子动力学方法对DNP热分解过程中的主要中间产物、最终产物和化学反应进行了模拟。采用绝热加速量热仪(ARC)对DNP进行热分解测试,收集分解产生的最终气体产物,... 为了研究3,4-二硝基吡唑(DNP)的热分解特性及机理,基于ReaxFF力场采用反应分子动力学方法对DNP热分解过程中的主要中间产物、最终产物和化学反应进行了模拟。采用绝热加速量热仪(ARC)对DNP进行热分解测试,收集分解产生的最终气体产物,采用质谱(MS)技术对收集到的气体产物进行鉴定。模拟结果表明,C_(3)HO_(4)N_(4)、C_(3)HO_(3)N_(4)、C_(3)HO_(2)N_(3)、C_(3)HNO_(2)、NO_(2)是DNP热分解过程中的主要中间产物,H_(2)O、CO_(2)、N_(2)是主要的最终产物。实验检测到的主要气体产物为H_(2)O、CO_(2)、N_(2),还检测到部分H_(2)、O_(2)和NH_(3)。根据模拟结果可知C_(3)HO_(3)N_(4)为最早生成的中间产物,H_(2)O为最早生成的最终产物。C_(3)HO_(3)N_(4)和N_(2)分别为中间产物和最终产物,其含量最大。通过分子动力学模拟得到了DNP热分解过程中的主要化学反应。根据得到产物的生成时间、丰度和主要化学反应,推测出了DNP的热分解机理。 展开更多
关键词 3 4-二硝基吡唑(DNP) 反应分子动力学模拟 ARC-MS技术 热分解机理
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α-Fe材料辐照促进应力腐蚀开裂计算模拟研究
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作者 胡朝威 何培峰 +2 位作者 于天达 杨琳龙 董怡斌 《广东化工》 CAS 2023年第14期25-27,共3页
对于压水反应堆结构,辐照促进应力腐蚀开裂(IASCC)是其最主要的失效机制。理解辐照条件下辐照缺陷与微裂纹之间的相互作用,是理解辐照促进应力腐蚀开裂微观机制的重要一步。在本研究中,利用反应力场分子动力学(ReaxFF-MD)方法,模拟了体... 对于压水反应堆结构,辐照促进应力腐蚀开裂(IASCC)是其最主要的失效机制。理解辐照条件下辐照缺陷与微裂纹之间的相互作用,是理解辐照促进应力腐蚀开裂微观机制的重要一步。在本研究中,利用反应力场分子动力学(ReaxFF-MD)方法,模拟了体心立方结构(α相)的纯铁在辐照-应力-腐蚀三因素耦合作用下的演化过程,并对其进行腐蚀模拟与拉伸应变模拟,研究辐照促进应力腐蚀开裂底层物理机制及影响因素。 展开更多
关键词 压水堆 Α-FE 辐照缺陷 应力腐蚀 反应力场分子动力学
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Long-term corona behaviour and performance enhancing mechanism of SiC/epoxy nanocomposite in SF6 gas environment
16
作者 王靖瑞 李庆民 +4 位作者 公衍峰 侯启鑫 刘衡 王健 任瀚文 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期104-116,共13页
Surface coating technology is an effective way to solve the interface insulation problem of DC GIS/GIL basin insulators, but the performance of the coating will change greatly, and the insulation strength will be comp... Surface coating technology is an effective way to solve the interface insulation problem of DC GIS/GIL basin insulators, but the performance of the coating will change greatly, and the insulation strength will be completely lost, after long-term use in the extreme conditions of corona erosion. In this research, the multi-needle-plate electrode platform was constructed to explore the long-term use performance of Si C-doped nanocomposite exposed to corona discharge in SF6gas. Samples with a high Si C content have advantages in maintaining physical and chemical properties such as elemental composition, erosion depth, surface roughness and mass loss. The nanocomposite doped with 6 wt.% Si C has prominent surface insulation strength after long term exposure to corona, and the others are close to losing, or have completely lost,their insulating properties. Furthermore, the degradation mechanism of physicochemical properties of composite exposed to corona discharge was investigated with the proposed Reax FF MD model of energetic particles from SF6decomposition bombarding the epoxy surface. The reaction process of SF particles and F particles with the cross-linked epoxy resin, and the Si C nanoparticles providing shelter to the surrounding polymer and mitigating their suffering direct bombardment, have been established. The damage propagation depth, mass loss and surface roughness change of nanocomposite material bombarded by SF6decomposition products is reproduced in this simulation. Finally, the deterioration mechanism of insulation properties for the Si C-doped composite was elucidated with DFT analysis. The band gap of the molecule containing S drops directly from the initial 7.785 e V to 1.875 e V, which causes the deterioration of surface electric properties. 展开更多
关键词 corona discharge in SF6 SiC doped nanocomposite epoxy resin reaxff md DFT(Some figures may appear in colour only in the online journal)
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铁基载氧体纤维素化学链解聚试验及分子模拟 被引量:2
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作者 郭文倩 蒙亮亮 +5 位作者 耿畅 李娜 吴舸 张慧 郭庆杰 白红存 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期137-147,共11页
为探索纤维素在铁基载氧体作用下的化学链解聚机理及过程。通过热重分析试验研究不同升温速率下纤维素的化学链燃烧特性;通过化学反应动力学计算纤维素化学链燃烧过程中的活化能并揭示其动力学机制;利用ReaxFF MD模拟综合技术从微观原... 为探索纤维素在铁基载氧体作用下的化学链解聚机理及过程。通过热重分析试验研究不同升温速率下纤维素的化学链燃烧特性;通过化学反应动力学计算纤维素化学链燃烧过程中的活化能并揭示其动力学机制;利用ReaxFF MD模拟综合技术从微观原子尺度阐释纤维素化学链燃烧过程微观反应网络。热分析结果表明,铁基载氧体的加入可降低纤维素化学链解聚的起始温度,其释放的晶格氧有助于促进纤维素的化学链解聚。纤维素化学链燃烧过程分为3个阶段:挥发分析出燃烧、半焦转化燃烧和焦炭燃烧阶段。反应动力学研究显示,纤维素在热转化过程中不同转化率下的活化能为220~405 kJ/mol,其中第3个阶段的反应活化能最高。ReaxFF MD模拟结果显示,纤维素化学链燃烧过程整体遵循自由基链反应理论。纤维素裂解产生的活性自由基与载氧体释放的晶格氧反应生成2-羟基丙酮等中间体,然后进一步发生自由基反应生成CO_(2)。最终获得了载氧体作用下纤维素化学链解聚过程中CO_(2)生成释放的复杂反应网络。 展开更多
关键词 化学链燃烧 生物质 纤维素 反应力场分子动力学 反应机制
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基于ReaxFF的不黏煤燃烧过程中自由基及主要燃烧产物生成规律研究
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作者 王银辉 《矿业安全与环保》 CAS 2024年第4期80-89,共10页
为了探究不黏煤燃烧过程中自由基及主要燃烧产物生成规律,采用X射线光电子能谱(XPS)和核磁共振谱(^(13)C NMR)实验方法,对不黏煤进行表征分析,构建了分子式为C_(208)H_(199)O_(23)N_(3)S的不黏煤分子模型。在不同O_(2)分子数与温度条件... 为了探究不黏煤燃烧过程中自由基及主要燃烧产物生成规律,采用X射线光电子能谱(XPS)和核磁共振谱(^(13)C NMR)实验方法,对不黏煤进行表征分析,构建了分子式为C_(208)H_(199)O_(23)N_(3)S的不黏煤分子模型。在不同O_(2)分子数与温度条件下,应用反应分子动力学(ReaxFF MD)方法进行不黏煤的燃烧分子动力学模拟,探究其燃烧过程中自由基与主要产物的生成与消耗规律。研究结果表明:消耗OH自由基主要反应的总次数为1906次,消耗H自由基与O自由基的总次数分别为3733、2033次,提高温度和O_(2)分子数使得相对稳定的OH自由基产量峰值增幅更大,H自由基与O自由基的产量峰值增幅相对较小;消耗CO_(2)主要反应的总次数为1781次,低于消耗CO与H_(2)O主要反应总次数,提高温度和O_(2)分子数使得相对稳定的CO_(2)产量峰值增幅更大。提高O_(2)分子数对H_(2)O的产量峰值影响呈现先促进再抑制的趋势;H自由基、O自由基及OH自由基主要由小分子化合物或其他自由基发生分解反应生成。自由基聚合或小分子化合物分解反应是CO、CO_(2)及H_(2)O生成的主要路径。 展开更多
关键词 煤分子模型 reaxff md 燃烧势能 自由基 煤燃烧产物
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煤颗粒燃烧过程氧化机理及有机氮转化的分子模拟:以宁东红石湾煤为例 被引量:8
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作者 杨慧芳 关海莲 +5 位作者 李平 夏英 王凤 徐文静 白红存 郭庆杰 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期799-810,共12页
煤燃烧是煤炭资源有效利用的重要方式之一。从原子分子水平上识别煤燃烧的机理,系统把握反应条件的影响,揭示含氮污染物迁移转化的路径对于煤炭高效清洁利用具有重要意义。以前期构建的宁东红石湾煤分子结构模型为基础,采用反应分子动... 煤燃烧是煤炭资源有效利用的重要方式之一。从原子分子水平上识别煤燃烧的机理,系统把握反应条件的影响,揭示含氮污染物迁移转化的路径对于煤炭高效清洁利用具有重要意义。以前期构建的宁东红石湾煤分子结构模型为基础,采用反应分子动力学模拟方法对煤大分子结构聚集态模型进行燃烧反应模拟,考察化学当量比和反应温度对燃烧过程中结构演变、燃烧反应物和产物的影响,探究有机氮转化路径。研究发现,随着反应不断进行,煤结构的断裂变化非常明显。不同化学当量比和不同温度下煤燃烧的结果表明,化学当量比越大、燃烧温度越高时,O2分子消耗速度越快,CO2的生成量也越多。对燃煤过程中含氮气体分子数量的分析表明,HCN是重要的含氮中间产物,NO、NO2是主要含氮气体产物。本研究还建立了煤燃烧过程中有机氮的转化路径,获得了HCN、NO和NO2的演变过程。 展开更多
关键词 模型 reaxff md NOx 氮转化 煤燃烧
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Mechanism analysis and simulation of methyl methacrylate production coupled chemical looping gasification system
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作者 Wende Tian Haoran Zhang +1 位作者 Zhe Cui Xiude Hu 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第9期184-196,共13页
Nowadays,the efficient and cleaner utilization of coal have attracted wide attention due to the rich coal and rare oil/gas resources structure in China.Coal chemical looping gasification(CCLG)is a promising coal utili... Nowadays,the efficient and cleaner utilization of coal have attracted wide attention due to the rich coal and rare oil/gas resources structure in China.Coal chemical looping gasification(CCLG)is a promising coal utilization technology to achieve energy conservation and emission reduction targets for highly pure synthesis gas.As a downstream product of synthesis gas,methyl methacrylate(MMA),is widely used as raw material for synthesizing polymethyl methacrylate and resin products with excellent properties.So this paper proposes a novel system integrating MMA production and CCLG(CCLG-MMA)processes aiming at"energy saving and low emission",in which the synthesis gas produced by CCLG and purified by dry methane reforming(DMR)reaction and Rectisol process reacts with ethylene for synthesizing MMA.Firstly,the reaction mechanism of CCLG is investigated by using Reactive force field(ReaxFF)MD simulation based on atomic models of char and oxygen carrier(Fe_(2)O_(3))for obtaining optimum reaction temperature of fuel reactor(FR).Secondly,the steady-state simulation of CCLG-MMA system is carried out to verify the feasibility of MMA production.The amount of CO_(2)emitted by CCLG process and DMR reaction is 0.0028(kg CO_(2))^(-1)·(kg MMA)^(-1).The total energy consumption of the CCLG-MMA system is 45521 kJ·(kg MMA)^(-1),among which the consumption of MMA production part is 25293 k(·kg MMA)^(-1).The results show that the CCLG-MMA system meets CO_(2)emission standard and has lower energy consumption compared to conventional MMA production process.Finally,one control scheme is designed to verify the stability of CCLG-MMA system.The CCLG-MMA integration strategy aims to obtain highly pure MMA from multi-scale simulation perspectives,so this is an optimal design regarding all factors influencing cleaner MMA production. 展开更多
关键词 reaxff md simulation CCLG-MMA system simulation Sensitivity analysis Plant wide control
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