纳米铝颗粒在二氧化碳气氛下燃烧的反应分子动力学研究

为研究核壳结构纳米铝颗粒(ANP)在CO₂气氛下加热与燃烧的过程,采用反应分子动力学方法 (ReaxFF MD)对原子扩散过程进行研究。加热前期,在热膨胀与电场力作用下,核心处的铝原子与壳层的氧原子间相互扩散,在ANP内部形成空腔;加热中后期,ANP在电场力与浓度梯度作用下,转变为均匀分布的亚氧化物(AlO,Al₂O等)。分析原子间化学键以及产物数量的变化趋势发现,未氧化的铝原子会抑制一氧化碳的产生。当CO₂进入ANP时,发生2Al+CO₂=Al₂OC+O反应,产生中间产物,游离的O原子优先氧化未反应的铝原子。当铝原子消耗殆尽后,亚氧化物与中间产物分别发生AlO+CO₂=AlO₂+CO和Al₂OC+2AlO₂=4AlO+CO反应产生CO。研究揭示了ANP在CO₂气氛下加热与燃烧阶段的微观反应机理,为Al/CO₂反应体系在火星探测领域的应用提供理论依...     

多维火焰面求解燃烧场中的多机制火焰结构

火焰面模型已被广泛应用于层流和湍流火焰的模拟中,然而对包含多种火焰机制的复杂燃烧场,针对单一火焰机制的一维层流火焰面模型不能准确地还原其内部的火焰结构特征。为了解决以上问题,基于由Nguyen等提出的多维火焰面生成流形方法(MFM),发展了一种新的交互迭代式Z-C多维火焰面模型。通过层流抬举火焰的模拟,以直接求解详细化学反应的DNS解为参照解,以确定新模型的模化精度,并与一维预混火焰面生成流形方法(premixed FGM)进行了对比。通过对不同模型解的分析可以得出,相比于只能捕捉一种火焰特征的一维火焰面模型,多维火焰面模型可以同时捕捉多机制火焰结构中的扩散和预混特征。使用新的多维火焰面模型求解可以在计算量减小一个数量级的前提下,得到接近DNS参照解的模型精度。