碳氢燃料燃烧动力学机理研究

With the rapid development of the world economy, people pay more and more attentions to the energy crisis and environment pollution problem. As the main source of the petroleum consumption and emissions to atmosphere, engines have drawn widely concern from researchers around the world, and how to burn efficiently and cleanly had become a important subject in the engine field. while the performance of engine depends on the realization of the pyrolysis and combustion mechanism of the fule. Therefore, this project plans to employ the quantum chemical calculation and reactive molecular dynamic simulation method to carry out a comprehensive research of the detailed kinetic mechanism of the combusition of hydrocarbon fuel.Through combine these two methods together, we can provide the accurate kinetic date that relevant to the alkane pyrolysis and combustion.On the other hand, by analyzing the dynamic evolution process, as well as the dynamic correlation of the intermediates and elementary reactions during the whole combustion process, we can get the detailed combustion mechanism of hydrocarbon on the atom level, especially the middle reaction mechanism. Clarify the effect of the fuel structure, the fuel composition, pressure, temperature and other factors on the combustion process.

随着世界经济的飞速发展,能源及环境问题越来越受到人们的重视。作为能源消耗和环境污染的主要来源的发动机己得到了全世界研究者的广泛关注,如何实现高效和清洁燃烧己成为国际发动机l领域的一个重要课题，而发动机的燃烧性能很大程度上取决于对燃料的裂解与燃烧反应机理以及基础燃烧过程的深入认识。本项目拟使用量子化学结合基于反应力场的分子动力学模拟等多尺度研究方法，对与发动机常用烷烃燃料的裂解燃烧过程进行多角度的研究。一方面利用准确的量子化学计算方法计算反应速率常数等动力学数据；另一方面通过反应力场模拟在原子分子层面上清晰的呈现燃料裂解和燃烧过程的详细的动力学机理，尤其是中间机理。澄清燃料分子结构性质、压力、温度、当量比等因素对燃烧过程的影响。

随着世界经济的飞速发展,能源及环境问题越来越受到人们的重视。作为能源消耗和环境污染的主要来源的发动机己得到了全世界研究者的广泛关注,如何实现高效和清洁燃烧己成为国际发动机l领域的一个重要课题，而发动机的燃烧性能很大程度上取决于对燃料的裂解与燃烧反应机理以及基础燃烧过程的深入认识。本项目选择碳氢燃料中常见的异辛烷和甲基环己烷为研究对象，利用高精度的量子化学计算结合基于Reaxff反应力场的分子动力学模拟和数值模拟等多尺度研究方法，对碳氢燃料的燃烧动力学机理进行了研究。首先对Reaxxff反应力场进行了优化，通过修改键级的范围和键基函数表达式的方法，重新拟合了新的力场参数，新的力场势能曲线更贴合高精度量化计算结果，精度更高。利用优化后的Reaxff反应力场研究了异辛烷在高温高压箱的裂解和燃烧机理，模拟结果表明，异辛烷碳碳键断裂是异辛烷消耗的主要路径，模拟得到的表观速率常数与实验测得的表观速率常数有较好的吻合。此外，利用Reaxff对甲基环己烷的裂解和燃烧机理进行了研究，系统研究了甲基环己烷的高温裂解初始反应机理，并考察了主要的中间体反应机理及其裂解的动力学行为，给出了MCH高温裂解反应的主要流程图。同时研究了MCH高温氧化的初始反应机理；中间反应机理以及实际的燃烧条件对MCH燃烧反应的影响。通过以上研究，在原子分子层面上清晰的呈现烷烃燃料裂解和燃烧过程的初始反应路径以及后续的反应过程，实现对烷烃复杂裂解和燃烧过程的详细的动力学机理的分析。进一步澄清燃料分子结构性质、燃料组分配比、压力、温度等因素对燃烧过程的影响。为提高燃料燃烧效率、新型发动机设计及合成新燃料等提供理论上的支持。