RP-3高温氧化初始阶段反应机理的ReaxFF MD模拟

本文采用ReaxFF MD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、O₂、C₂H₄、·CH₃)随时间和温度的演变规律及其化学反应进行了系统分析。ReaxFF MD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C₁-C₃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,ReaxFF MD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。     

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.