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学科主题物理化学
碳氢燃料高温裂解动力学机理研究
丁俊霞
2013-04-23
导师韩克利
专业物理化学
授予单位中国科学院研究生院
学位博士
英文摘要化石燃料的燃烧在人们的日常生活中起着非常重要的作用。在燃烧过程中,燃料的裂解过程总是伴随着氧化过程同时发生。全面深入的了解化石燃料的高温裂解过程对于加深对燃烧现象的理解,提高燃烧器燃烧效率和降低污染等方面起了非常关键的作用。化石燃料包括多种类型的碳氢化合物,直链烷烃是重要的一种。本文选取正庚烷为研究对象,使用包括量子化学计算、过渡态理论和基于反应性力场的分子动力学模拟方法,深入细致的研究了正庚烷的高温裂解过程。 直连烷烃和烷烃自由基的裂解速率常数是燃烧动力学模拟中非常重要的参数。本文利用密度泛函结合耦合团簇方法对正庚烷裂解过程进行了研究,给出了正庚烷裂解的反应机理和主要基元反应的势能面信息。同时利用RRKM(Rice–Ramsperger–Kassel–Marcus)和变分过渡态理论(variational transition state theory)计算了在200K-3000K的温度范围内主要分支反应的反应速率常数。通过求解一维主方程计算了高压近似下和不同压强下的速率常数。讨论分析了温度和压强对速率常数的影响。 利用ReaxFF反应力场对正庚烷的高温裂解进行了分子动力学模拟。在原子水平上对正庚烷高温裂解的重要产物,中间体的分布,以及中间反应机理进行了研究。动力学模拟显示单分子的解离是正庚烷的分解的主要途径,整个热解过程中以自由基反应为主。通过观察不同类型反应的变化规律分析了正庚烷高温裂解的动力学演化过程。正庚烷裂解产物主要分为长链烷烃自由基,小自由基,稳定产物和高不饱和产物四大类。分析了不同类型的产物的反应通道和动力学演化规律。此外,依据一系列分子动力学模拟的结果得出正庚烷高温裂解的表观活化能是43.02 - 54.49千卡/摩尔。 温度对碳氢化合物的裂解过程有很大的影响,通过基于ReaxFF反应力场的分子动力学模拟来仔细研究了温度对正庚烷的高温裂解过程和相应的产物分布的影响。结果表明温度对正庚烷高温裂解的影响是分阶段的。高温能加速正庚烷的解离,但是当温度达到一定范围之后它的影响逐渐变小。正庚烷的热解过程可分为三个阶段。烷烃,烯烃和自由基等主要产物的变化规律与温度有关。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://cas-ir.dicp.ac.cn/handle/321008/116780
专题中国科学院大连化学物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
丁俊霞. 碳氢燃料高温裂解动力学机理研究[D]. 中国科学院研究生院,2013.
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