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Molecular Dynamics Simulation of Shock Response of CL-20 Co-crystals Containing Void Defects 被引量:1
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作者 Changlin Li Wei Yang +5 位作者 Qiang Gan Yajun Wang Lin Liang Wenbo Zhang Shuangfei Zhu Changgen Feng 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期364-374,共11页
To investigate the effect of void defects on the shock response of hexanitrohexaazaisowurtzitane(CL-20)co-crystals,shock responses of CL-20 co-crystals with energetic materials ligands trinitrotoluene(TNT),1,3-dinitro... To investigate the effect of void defects on the shock response of hexanitrohexaazaisowurtzitane(CL-20)co-crystals,shock responses of CL-20 co-crystals with energetic materials ligands trinitrotoluene(TNT),1,3-dinitrobenzene(DNB),solvents ligands dimethyl carbonate(DMC) and gamma-butyrolactone(GBL)with void were simulated,using molecular dynamics method and reactive force field.It is found that the CL-20 co-crystals with void defects will form hot spots when impacted,significantly affecting the decomposition of molecules around the void.The degree of molecular fragmentation is relatively low under the reflection velocity of 2 km/s,and the main reactions are the formation of dimer and the shedding of nitro groups.The existence of voids reduces the safety of CL-20 co-crystals,which induced the sensitivity of energetic co-crystals CL-20/TNT and CL-20/DNB to increase more significantly.Detonation has occurred under the reflection velocity of 4 km/s,energetic co-crystals are easier to polymerize than solvent co-crystals,and are not obviously affected by voids.The results show that the energy of the wave decreases after sweeping over the void,which reduces the chemical reaction frequency downstream of the void and affects the detonation performance,especially the solvent co-crystals. 展开更多
关键词 CL-20 co-crystals molecular dynamics simulation reactive forcefield Impact response Hot spot Void defect
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Quantitative prediction and ranking of the shock sensitivity ofexplosives via reactive molecular dynamics simulations 被引量:5
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作者 Kun Yang Lang Chen +3 位作者 Dan-yang Liu De-shen Geng Jian-ying Lu Jun-ying Wu 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第5期843-854,共12页
A deep understanding of explosive sensitivities and their factors is important for safe and reliable applications.However,quantitative prediction of the sensitivities is difficult.Here,reactive molecular dynamics simu... A deep understanding of explosive sensitivities and their factors is important for safe and reliable applications.However,quantitative prediction of the sensitivities is difficult.Here,reactive molecular dynamics simulation models for high-speed piston impacts on explosive supercells were established.Simulations were also performed to investigate shock-induced reactions of various high-energy explosives.The fraction of reacted explosive molecules in an initial supercell changed linearly with the propagation distance of the shock-wave front.The corresponding slope could be used as a reaction rate for a specific shock-loading velocity.Reaction rates that varied with the shock-loading pressure exhibited two-stage linearities with different slopes.The two inflection points corresponded to the initial and accelerated reactions,which respectively correlated to the thresholds of shock-induced ignition and detonation.Therefore,the ignition and detonation critical pressures could be determined.The sensitivity could then be a quantitative prediction of the critical pressure.The accuracies of the quantitative shock sensitivity predictions were verified by comparing the impact and shock sensitivities of common explosives and the characteristics of anisotropic shock-induced reactions.Molecular dynamics simulations quantitatively predict and rank shock sensitivities by using only crystal structures of the explosives.Overall,this method will enable the design and safe use of explosives. 展开更多
关键词 EXPLOSIVE Shock sensitivity Quantitative prediction reactive molecular dynamics simulation
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高温下HMX热分解反应分子动力学模拟 被引量:1
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作者 陈芳 贾方硕 +3 位作者 陈瑶 李天浩 郭国琦 董羚 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第2期105-110,共6页
本文采用ReaxFF-lg反应分子动力学方法研究了奥克托金(HMX)在六种不同温度下的初始反应热分解过程,验证了ReaxFF-lg势函数对HMX体系的适用性,计算了不同温度下HMX体系势能、总物种演化趋势、初始反应产物以及指前因子和活化能.结果表明,... 本文采用ReaxFF-lg反应分子动力学方法研究了奥克托金(HMX)在六种不同温度下的初始反应热分解过程,验证了ReaxFF-lg势函数对HMX体系的适用性,计算了不同温度下HMX体系势能、总物种演化趋势、初始反应产物以及指前因子和活化能.结果表明,HMX热分解过程主要有三种初始分解机理:N-NO_(2)键的断裂,HONO的解离和主环上C-N键的断裂,计算得到的初始分解阶段活化能Ea和指前因子ln(A),与实验值相吻合. 展开更多
关键词 HMX 反应分子动力学(rmd) ReaxFF-lg 热分解 温度
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大气压等离子体降解环境毒素的机理研究
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作者 张远涛 柴兆男 +3 位作者 孙滢 刘亚迪 王晓龙 赵彤 《高电压技术》 北大核心 2025年第6期2850-2871,共22页
随着社会持续发展和人类需求提升,环境毒素污染(包括抗生素、药物和真菌毒素等有机污染)问题日益凸显,对公众健康与经济发展构成重大挑战,是“健康中国”建设中必须要关注的问题。大气压冷等离子体(cold atmospheric plasma,CAP)作为一... 随着社会持续发展和人类需求提升,环境毒素污染(包括抗生素、药物和真菌毒素等有机污染)问题日益凸显,对公众健康与经济发展构成重大挑战,是“健康中国”建设中必须要关注的问题。大气压冷等离子体(cold atmospheric plasma,CAP)作为一种新兴的非热处理技术,为环境毒素去除提供了新途径、新理念与新方法。CAP通过产生大量活性粒子,高效、环保且非选择性地与环境毒素作用,展现出良好降解效果。然而,CAP中各活性粒子与环境毒素相互作用的深层机制尚待阐明,这限制了等离子体降解技术的进一步发展与产业化应用。为此基于反应分子动力学模拟方法,研究并总结了大气压冷等离子体产生的4种主要活性氧粒子(reactive oxygen species,ROS),与14种环境毒素(四环素类4种、真菌毒素类5种及头孢菌素类1—4代各1种)相互作用的关键反应及最终产物,全面揭示了ROS通过脱氢反应、加成反应、氧化反应、断键反应和开环反应等破坏关键活性位点的机制,并通过计算数据与实验结果相互验证,阐明了等离子体降解环境毒素所可能发生的共性反应与一般性规律,从而使预测等离子体与其他类似环境毒素的降解规律和降解产物成为可能,为等离子体降解环境毒素提供了理论基础,并将推动其工业化应用的发展。 展开更多
关键词 大气压冷等离子体 活性氧粒子 环境毒素 反应分子动力学模拟 ReaxFF力场 降解机制
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等离子体改性聚酰亚胺热老化的分子模拟 被引量:1
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作者 丁璨 田浩博 陈琛 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第1期95-100,共6页
通过反应分子动力学方法模拟聚酰亚胺的热老化过程,以模拟仿真等离子体改性后的聚酰亚胺材料在热裂解后的性能变化情况.通过研究老化过程中气体产生的情况,研究发现随着温度升高,分子链之间的相互作用力减弱,导致材料的致密性下降,弹性... 通过反应分子动力学方法模拟聚酰亚胺的热老化过程,以模拟仿真等离子体改性后的聚酰亚胺材料在热裂解后的性能变化情况.通过研究老化过程中气体产生的情况,研究发现随着温度升高,分子链之间的相互作用力减弱,导致材料的致密性下降,弹性模量降低,材料抵抗外应力的能力减弱.同时,由于温度升高使得聚酰亚胺材料相对介电常数上升,材料绝缘性能下降,击穿强度也被削弱. 展开更多
关键词 反应分子动力学 聚酰亚胺 热老化
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掺氨对乙烯氧化过程中多环芳烃生成影响的分子动力学模拟
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作者 廉钰坤 王春波 洪迪昆 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第2期461-468,I0005,共9页
作为可再生能源的储能载体,氨与碳氢燃料掺混燃烧可实现大规模二氧化碳(CO_(2))减排。该文以多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAH)重要前驱体乙烯为对象,采用反应分子动力学模拟方法研究掺氨对乙烯氧化过程中PAH生成的影响... 作为可再生能源的储能载体,氨与碳氢燃料掺混燃烧可实现大规模二氧化碳(CO_(2))减排。该文以多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAH)重要前驱体乙烯为对象,采用反应分子动力学模拟方法研究掺氨对乙烯氧化过程中PAH生成的影响。结果表明,PAH的生成呈阶段特征,包括PAH的形成、生长和聚集成核过程。掺氨基本不影响PAH前驱体(C_(1)-C_(5)碳氢化合物)的生成和消耗,因此对PAH形成阶段的影响较小。掺氨导致含氮PAH分子的分解反应增强,进而抑制了PAH的生长,但掺氨基本不影响PAH的芳环结构分布。掺氨引入的N原子导致PAH分子间通过二维边界相互连接聚合的次数减少,但通过三维堆积产生的平行层结构增加,从而降低了PAH的稳定性。可知,掺氨抑制PAH生长的原因是PAH生长速度减慢以及PAH聚合的稳定性降低。 展开更多
关键词 多环芳烃 乙烯氧化 反应分子动力学
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抗氧剂协同作用机理的加速反应分子动力学研究
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作者 周锐 鲍路瑶 +1 位作者 卜伟锋 周峰 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期325-336,共12页
受阻酚类抗氧剂与二苯胺类抗氧剂复配使用往往表现出优异的协同抗氧化作用,但其详细的化学反应路线尚不明确.本文中利用1种结合元动力学(Metadynamics)与反应力场(ReaxFF)的加速反应分子动力学方法,模拟了季戊四醇酯基础油添加2种典型... 受阻酚类抗氧剂与二苯胺类抗氧剂复配使用往往表现出优异的协同抗氧化作用,但其详细的化学反应路线尚不明确.本文中利用1种结合元动力学(Metadynamics)与反应力场(ReaxFF)的加速反应分子动力学方法,模拟了季戊四醇酯基础油添加2种典型抗氧剂[2,6-二叔丁基对甲酚(2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol,BHT)、4,4'-二辛基二苯胺(4,4'-Di-iso-octyldiphenylamin,ODA)]在不同温度工况下(350和500 K)的热氧化分解过程.结果表明:酯基数量的增多、烷烃链长度的增加以及仲氢和叔氢数量的增大会导致多元醇酯基础油氧化安定性减弱;烷基过氧自由基以及烷氧自由基是加速基础油烷烃链链式反应的关键;BHT和ODA通过有效捕捉这2种自由基进而提高体系氧化安定性.2种抗氧剂优异的协同作用来源于低温下BHT苯酚脱出的氢原子有效提高了ODA以及N-羟基二苯胺的再生效率.详细反应路径表明,ODA存在多个反应活性位点是其抗氧性能优于BHT的重要原因之一. 展开更多
关键词 加速反应分子动力学 反应力场 合成酯润滑油 抗氧化剂 反应机理
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Ⅰ型缺陷C-S-H凝胶相热稳定性的反应分子动力学研究
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作者 孙明 汤庆印 +2 位作者 郭浩然 王攀 袁雄洲 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第6期2046-2059,共14页
在高温条件下,C-S-H凝胶中缺陷和受限水的存在显著影响其强度和耐久性。本研究采用反应分子动力学方法,研究了Ⅰ型缺陷C-S-H凝胶在高温环境下的分子结构特征和反应性。研究发现:温度和Ca/Si比升高导致水分子流动性增强,加速其渗入层状结... 在高温条件下,C-S-H凝胶中缺陷和受限水的存在显著影响其强度和耐久性。本研究采用反应分子动力学方法,研究了Ⅰ型缺陷C-S-H凝胶在高温环境下的分子结构特征和反应性。研究发现:温度和Ca/Si比升高导致水分子流动性增强,加速其渗入层状结构,降低结构有序性和连通性,引起Q^(1)和Q^(0)增加,削弱C-S-H凝胶的热稳定性;Ⅰ型缺陷使C-S-H凝胶沿层间方向膨胀,且随温度和Ca/Si比升高,膨胀率增大;在高温、高Ca/Si比条件下,水分子反应性增强,促进水解反应和羟基形成,Ⅰ型缺陷快速扩展,显著影响凝胶结构稳定性。本研究成果可为改善混凝土在火灾等极端环境下的性能提供理论支持。 展开更多
关键词 C-S-H凝胶 高温环境 Ⅰ型缺陷 钙硅比 分子动力学模拟 反应分子动力学
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高温下HMX/RDX混合物的热分解研究
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作者 鲁娜 常双君 +1 位作者 陈星妍 李沙 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第2期268-274,共7页
为了探究奥克托今/黑索今(HMX/RDX)混合物热分解反应,采用ReaxFF反应分子动力学方法研究不同比例HMX/RDX混合物分别在2 500、2 750、3 000、3 250、3 500 K下的热分解过程,并对其初始分解路径和生成产物进行了分析。结果表明,不同温度... 为了探究奥克托今/黑索今(HMX/RDX)混合物热分解反应,采用ReaxFF反应分子动力学方法研究不同比例HMX/RDX混合物分别在2 500、2 750、3 000、3 250、3 500 K下的热分解过程,并对其初始分解路径和生成产物进行了分析。结果表明,不同温度下混合物中除N-NO_(2)键、C-N键断裂等反应路径外,HMX和RDX分子还出现氧转移以及聚合反应并形成二聚体。不同温度下混合物热分解产生的中间产物主要为NO_(2)、HNO_(2)、NO、HNO,温度越高,生成中间产物的速率越快,缩短了化学反应达到平衡的时间。HMX/RDX混合物在不同温度下热分解的最终产物为N_(2)、H_(2)O、CO_(2)等,RDX含量的变化对N_(2)生成速率影响不大,但是对CO_(2)和H_(2)O有一定影响,与纯HMX相比,混合物在2 500 K时生成更多H_(2)O,3 500 K时生成更多CO_(2)。研究结果为HMX/RDX混合物的配方设计提供了理论指导。 展开更多
关键词 HMX/RDX混合物 反应分子动力学 热分解 REAXFF
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煤氨混燃煤中含氧官能团对氨燃烧NO生成的影响
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作者 张文振 李驰 +3 位作者 崔立明 周末 付静 洪迪昆 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第5期1801-1807,I0015,共8页
为减少燃煤电站CO_(2)排放,实现“碳达峰、碳中和”目标,煤和氨气掺混燃烧受到广泛关注。该文通过反应分子动力学模拟研究不同温度和不同氧气当量比条件下,煤氨混燃过程中煤中含氧官能团对氨气燃烧NO生成的影响。首先,研究不同温度下不... 为减少燃煤电站CO_(2)排放,实现“碳达峰、碳中和”目标,煤和氨气掺混燃烧受到广泛关注。该文通过反应分子动力学模拟研究不同温度和不同氧气当量比条件下,煤氨混燃过程中煤中含氧官能团对氨气燃烧NO生成的影响。首先,研究不同温度下不同体系的NO排放特性和重要自由基OH以及NCO的均值分布。然后,研究不同氧气当量比下不同体系的NO和未燃尽N排放特性。最后,计算不同体系中NH3燃烧的活化能。结果表明,煤中含氧官能团促进氨气氧化生成NO。羟基和羧基的促进作用主要体现在OH自由基上,羰基的促进作用主要体现在NCO上。NO生成量随着温度的升高而增加。降低氧气当量比可减少NO生成量,但会显著增加未燃尽N的排放。煤中含氧官能团可以降低NH3燃烧活化能,从而促进NH3氧化生成NO。该文从微观分子层面揭示了煤氨混燃过程中煤中羟基、羧基和羰基官能团对氨燃烧NO生成的影响机理,可为燃煤锅炉掺氨燃烧煤种选择提供一定理论依据。 展开更多
关键词 氨气 掺混燃烧 含氧官能团 反应分子动力学
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异伍兹烷衍生物高温热分解规律分子动力学模拟
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作者 甘强 张文博 +5 位作者 王亚军 梁琳 任姝 李根 何佳峻 冯长根 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期711-725,共15页
异伍兹烷衍生物是当前最具潜力的笼形含能化合物之一,为了系统研究异伍兹烷衍生物的高温热分解规律,明确其爆轰机理,研究采用ReaxFF-lg反应性力场和分子动力学方法,对3种典型异伍兹烷衍生物ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)、4,10-二... 异伍兹烷衍生物是当前最具潜力的笼形含能化合物之一,为了系统研究异伍兹烷衍生物的高温热分解规律,明确其爆轰机理,研究采用ReaxFF-lg反应性力场和分子动力学方法,对3种典型异伍兹烷衍生物ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)、4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环十二烷(TEX)和4,10-二叠氮甲基-2,6,8,12-四硝基六氮杂异伍兹烷(BATNIW)进行高温(1500~3500 K)热分解研究。结果表明,脱硝基和开环是3种衍生物的主要初始反应,其中开环反应集中在五元环C—N键或C—O键。不同温度下热分解终产物中CO_(2)和H_(2)含量差异较大,3000 K以上N_(2)含量接近。3种衍生物中,BATNIW热分解生成N_(2)速度最快、产量最高;TEX热分解易生成团簇,生成特征产物乙二醛。3种衍生物热分解活化能排序为TEX>BATNIW>ε-CL-20,说明TEX稳定性最好。研究初步揭示了3种异伍兹烷衍生物分子结构与热分解规律的内在联系。 展开更多
关键词 异伍兹烷衍生物 六硝基六氮杂异伍兹烷 高温热分解 分子动力学方法 ReaxFF-lg反应性力场
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一种有机杂化硅膜分子模型的重构研究
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作者 张涛 靳栋梁 +1 位作者 吴楠桦 钟璟 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期40-46,共7页
BTESA有机杂化硅膜具有复杂的无定形结构,广泛应用于气体分离、有机溶剂处理和能源存储等领域,但目前仍缺乏成熟的分子级表征模型.本文结合分子动力学模拟和反应力场,在纳米尺度上构建BTESA有机杂化硅膜的分子模型,并采用X射线衍射、径... BTESA有机杂化硅膜具有复杂的无定形结构,广泛应用于气体分离、有机溶剂处理和能源存储等领域,但目前仍缺乏成熟的分子级表征模型.本文结合分子动力学模拟和反应力场,在纳米尺度上构建BTESA有机杂化硅膜的分子模型,并采用X射线衍射、径向分布函数、孔径分布探究该分子模型的化学结构和孔隙拓扑.结果表明,采用分子模拟构建的BTESA样品的衍射图样与实验数据一致,准确地揭示了BTESA有机杂化硅膜的化学结构与孔隙拓扑.研究结果为BTESA有机杂化硅膜及其他有机杂化硅膜提供了一种成熟的纳米尺度模型构建方法和孔隙拓扑结构分析技术. 展开更多
关键词 有机杂化硅膜 分子动力学 化学结构 反应力场 孔隙拓扑
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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 被引量:1
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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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Shock-induced energy localization and reaction growth considering chemical-inclusions effects for crystalline explosives 被引量:1
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作者 Ruqin Liu Yanqing Wu +3 位作者 Xinjie Wang Fenglei Huang Xiaona Huang Yushi Wen 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期278-294,共17页
Chemical inclusions significantly alter shock responses of crystalline explosives in macroscale gap experiments but their microscale dynamics origin remains unclear.Herein shock-induced energy localization,overall phy... Chemical inclusions significantly alter shock responses of crystalline explosives in macroscale gap experiments but their microscale dynamics origin remains unclear.Herein shock-induced energy localization,overall physical responses,and reactions in a-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinane(a-RDX)crystal entrained various chemical inclusions were investigated by the multi-scale shock technique implemented in the reactive molecular dynamics method.Results indicated that energy localization and shock reaction were affected by the intrinsic factors within chemical inclusions,i.e.,phase states,chemical compositions,and concentrations.The atomic origin of chemical-inclusions effects on energy localization is dependent on the dynamics mechanism of interfacial molecules with free space volume,which includes homogeneous intermolecular compression,interfacial impact and shear,and void collapse and jet.As introducing various chemical inclusions,the initiation of those dynamics mechanisms triggers diverse decay rates of bulk RDX molecules and hereby impacts on growth speeds of final reactions.Adding chemical inclusions can reduce the effectiveness of the void during the shock impacting.Under the shockwave velocity of 9 km/s,the parent RDX decay rate in RDX entrained amorphous carbon decreases the most and is about one fourth of that in RDX with a vacuum void,and solid HMX and TATB inclusions are more reactive than amorphous carbon but less reactive than dry air or acetone inclusions.The lessdense shocking system denotes the greater increases in local temperature and stress,the faster energy liberation,and the earlier final reaction into equilibrium,revealing more pronounced responses to the present intense shockwave.The quantitative models associated with the relative system density(RD_(sys))were proposed for indicating energy-localization mechanisms and evaluating initiation safety in the shocked crystalline explosive.RD_(sys)is defined by the density ratio of defective RDX to perfect crystal after dynamics relaxation and reveals the global density characteristic in shocked systems filled with chemical inclusions.When RD_(sys)is below 0.9,local hydrodynamic jet initiated by void collapse dominates upon energy localization instead of interfacial impact.This study sheds light on novel insights for understanding the shock chemistry and physical-based atomic origin in crystalline explosives considering chemical-inclusions effects. 展开更多
关键词 Shock responses Energy localization Crystalline explosives Chemical inclusions reactive molecular dynamics
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含Cl反应力场ReaxFF的评估
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作者 肖卓君 肖斌 +6 位作者 何祺 王晴晴 刘馥 刘艳洁 王宁 李伟 刘轶 《火炸药学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期81-90,共10页
为考察反应分子力场ReaxFF对高氯酸铵(AP)推进剂材料模拟的适应性,从文献中选取了两种含C/H/O/N/Cl有机反应力场,对AP系统中含Cl的典型小分子进行结构和能量扫描计算,并对AP高温裂解过程进行了反应分子动力学模拟。通过对比反应力场与... 为考察反应分子力场ReaxFF对高氯酸铵(AP)推进剂材料模拟的适应性,从文献中选取了两种含C/H/O/N/Cl有机反应力场,对AP系统中含Cl的典型小分子进行结构和能量扫描计算,并对AP高温裂解过程进行了反应分子动力学模拟。通过对比反应力场与量子力学计算结果发现,现有的含Cl有机反应力场在计算HCl以及部分含H、Cl元素的小分子能量时表现较好,但无法合理描述含高价Cl小分子以及含N、O元素小分子的化学键形成和断裂行为。根据力场分子动力学模拟结果的物种分析,现有的反应力场模拟获得了H_(2)O、O_(2)、NH_(3)、HCl等产物小分子,但未能复现ClO_(2)、HClO 4等高价Cl产物以及NO_(2)、N_(2)O的生成,与实验观测有显著差距。 展开更多
关键词 量子力学 含Cl反应力场ReaxFF 反应分子动力学 高氯酸铵 AP 固体推进剂
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压力影响硅基防热材料界面多相催化的微观机理研究
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作者 李芹 杨肖峰 +1 位作者 董威 杜雁霞 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期84-95,I0002,共13页
反应分子动力学模拟是阐明高温壁面效应微观致热机理、深化高速飞行器非平衡气动热认知的重要途径之一,然而通过人为增加压力实现计算效率提升的微观模拟,往往会导致反应路径和速率系数差异,进而影响气动热,造成机理认知偏差。采用基于R... 反应分子动力学模拟是阐明高温壁面效应微观致热机理、深化高速飞行器非平衡气动热认知的重要途径之一,然而通过人为增加压力实现计算效率提升的微观模拟,往往会导致反应路径和速率系数差异,进而影响气动热,造成机理认知偏差。采用基于ReaxFF力场的分子动力学方法,以离解氧原子在硅基防热材料表面的催化复合反应体系为对象,计算分析了不同气相压力条件下的基元反应速率、表面覆盖率和复合系数,用于获得基元反应速率常数与压力的量化关系,明确通过增压提高计算效率的上限范围。结果表明,增压可导致主导反应路径从吸附相间作用至气相-吸附相作用的转变,且使基元反应速率常数-压力的关系偏离实验/飞行条件下的规律。在1200 K条件下、单原子碰撞的压力范围内,各基元反应步骤的速率常数均随压力的降低而下降。其中,ER1~ER3复合反应的速率常数随压力呈近似线性变化,速率常数分别与压力的1.10179、1.01686和0.91654次方呈线性关系;LH1~LH3复合反应的速率常数与压力呈对数关系,且对数前因子显著小于非单原子碰撞区;热解附反应的速率常数与压力呈指数关系。根据气相压力影响催化反应机制的微观机理,以基元反应速率常数-压力关系可以稳定解析为判据,提出了人为增加压力的约束上限条件:以体系高度为特征长度的努森数应大于102量级,以保证气固单原子碰撞。相关研究为气固界面反应的分子模拟方法和防热材料微观催化数据的累积提供了支撑。 展开更多
关键词 气固作用 多相催化 气相压力 主导路径 反应分子动力学
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Si-GDP结构和力学性能的反应分子动力学模拟
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作者 黄保生 杨武 +1 位作者 易勇 毕鹏 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期74-80,共7页
构建了硅掺杂辉光放电聚合物(Si-GDP)模型,采用反应力场分子动力学模拟(ReaxFF MD)探讨了硅含量、碳氢比及密度对其杂化碳键合与力学性能的影响。研究结果表明:随着硅含量增加,聚合物中sp^(3)C含量增加,趋向于形成一个大分子,同时小分... 构建了硅掺杂辉光放电聚合物(Si-GDP)模型,采用反应力场分子动力学模拟(ReaxFF MD)探讨了硅含量、碳氢比及密度对其杂化碳键合与力学性能的影响。研究结果表明:随着硅含量增加,聚合物中sp^(3)C含量增加,趋向于形成一个大分子,同时小分子种类和数目减少,促进了碳硅原子成键并抑制端基CH_(3)生成,进而提高材料力学性能;随着氢含量的增加,sp^(3)C和端基CH_(3)比例增加,生成的端基CH_(3)降低了分子间交联程度,进而降低了材料力学性能,而分子基团数目变化不明显;随着密度的提升,聚合物中sp^(2)C比例提升明显,sp^(3)C比例有少量提升,分子基团数目变化不大,密度主要通过提升sp^(2)C比例提升材料力学性能。研究结果为评估和理解硅掺杂辉光放电聚合物的结构和力学性能提供了新的视角和方法。 展开更多
关键词 反应分子动力学模拟 辉光放电聚合物 力学性能 硅掺杂
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B_(2)O_(3)对CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元保护渣熔体结构的影响
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作者 马博文 刘克 +2 位作者 徐秉声 赵宏欣 袁章福 《冶金能源》 北大核心 2024年第3期27-32,共6页
通过分子动力学方法对非反应性保护渣CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元渣系进行了模拟,构建了熔渣的网络结构模型,研究了渣系中B_(2)O_(3)的含量对保护渣熔渣微观结构的影响规律。结果表明:B在网络中与O的结合能力最强,且能够起到简化网... 通过分子动力学方法对非反应性保护渣CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元渣系进行了模拟,构建了熔渣的网络结构模型,研究了渣系中B_(2)O_(3)的含量对保护渣熔渣微观结构的影响规律。结果表明:B在网络中与O的结合能力最强,且能够起到简化网络和平衡过剩电荷的作用;Al在熔体中主要以4配位形式存在,同时存在少量高配位Al-O结构,B_(2)O_(3)的含量为5%时,熔渣中[AlO_(4)]含量最高;随着B_(2)O_(3)含量的增多,熔渣网络结构聚合程度降低,复杂Al-O结构减少,熔渣微结构的有序性增加。 展开更多
关键词 CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元渣系 非反应性保护渣 分子动力学 熔体结构
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芘氧化过程的反应分子动力学模拟
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作者 吴胜 伍刚 王鹏飞 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期557-562,共6页
通过反应分子动力学(ReaxFF MD)研究了芘(A4)的氧化过程,分析了催化剂在氧化过程中的作用,研究了A4的详细氧化机理,结果表明:开环反应主要发生在自由边(free-edge)位点,并且在该位点脱氢和氧化反应更易发生.随着环数的增加,开环反应发... 通过反应分子动力学(ReaxFF MD)研究了芘(A4)的氧化过程,分析了催化剂在氧化过程中的作用,研究了A4的详细氧化机理,结果表明:开环反应主要发生在自由边(free-edge)位点,并且在该位点脱氢和氧化反应更易发生.随着环数的增加,开环反应发生时分子中所含的氢原子数逐渐减少,在最后一个环开环时氢原子数下降更明显. 展开更多
关键词 催化氧化 氧化机理 反应分子动力学
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掺氨对甲烷爆炸影响的热力学及反应分子动力学研究
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作者 张继达 杨俊辉 +1 位作者 苗常盛 洪迪昆 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期342-347,共6页
实现低浓度瓦斯的安全高效利用对煤炭产业的碳减排具有重要意义,低浓度瓦斯易爆特性极大限制了其安全利用。已有大量研究探究N_(2)、CO_(2)、H_(2)O等添加剂对瓦斯爆炸的影响特性,但NH3添加对瓦斯爆炸的影响鲜有研究。采用热力学及反应... 实现低浓度瓦斯的安全高效利用对煤炭产业的碳减排具有重要意义,低浓度瓦斯易爆特性极大限制了其安全利用。已有大量研究探究N_(2)、CO_(2)、H_(2)O等添加剂对瓦斯爆炸的影响特性,但NH3添加对瓦斯爆炸的影响鲜有研究。采用热力学及反应分子动力学方法研究了掺氨对甲烷爆炸的影响。基于绝热燃烧温度理论研究了不同温度下甲烷/氨气混合气的爆炸下限。通过反应分子动力学方法探究了掺氨对CH_(4)氧化反应速率以及CO、CO_(2)等产物分布的影响。基于甲烷/空气以及甲烷/氨气/空气体系中自由基演变的对比分析,揭示了掺氨对甲烷爆炸反应的影响机制。结果表明:甲烷/氨气/空气混合气的爆炸下限随着初始温度的升高而降低,氨气的添加提高了混合气的爆炸下限,从而抑制了混合气的爆炸,掺氨浓度越高,抑制爆炸的效果越明显。氨气的添加降低了甲烷氧化反应速率,抑制了甲烷氧化生成CO_(2)和H_(2)O。氨气促进了OH自由基的消耗,降低了体系中OH自由基浓度,从而抑制了CH_(4)+OH→CH_(3)+H_(2)O,CH_(3)+OH→CH_(2)O+H_(2)和CO+OH→CO_(2)+H反应。 展开更多
关键词 甲烷爆炸 爆炸下限 绝热火焰温度 反应分子动力学
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