碳氢燃料燃烧过程中氧原子与HO2及C2H2反应的量子动力学研究

批准号:
91641104
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
60.0 万元
负责人:
胡茜茜
依托单位:
学科分类:
B0304.化学动力学
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
韩山雨、杨东铮、赵海林、安丰
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中文摘要
基态氧原子与HO2及C2H2的反应是碳氢燃料燃烧过程中的重要反应。近年来对相关反应的动力学性质已有较多的理论与实验研究,但动力学机制尚不清楚。理解燃烧过程中基元反应的微观动力学机制是提高燃烧效率的关键因素。由于这两个反应都涉及多通道和深势阱,对势能面的构建和量子动力学的计算都是很大的挑战。本项目拟结合高级别量子化学从头算方法和置换对称多项式-神经网络方法,分别构建HO3和C2H2O的电子基态和低激发态势能面和非绝热耦合,建立合适的量子波包动力学模型,提高计算效率,深入研究基态氧原子与HO2及C2H2反应在不同碰撞条件下的动力学性质,获得精确的速率常数和反应分支比以及振动激发对动力学性质的影响等,剖析非绝热效应对燃烧反应动力学的影响,揭示其细致的微观反应机理。通过本项目的研究,可以增强对碳氢燃料燃烧动力学的认识,帮助寻找提高燃烧效率的有效途径,为改进燃烧模型和相关实验研究提供重要的理论依据。
英文摘要
The reactions of the ground state oxygen atom with HO2 and C2H2 play important roles in combustion of hydrocarbon fuel. The related reactions have been studied extensively from the kinetics standpoint using a variety of experimental techniques and theoretical methods. However, their dynamic mechanisms are still unclear. A well understanding of the microscopic mechanisms for the elementary reactions in combustion process is a critical factor for improving combustion efficiency. Due to the involvement of multi channels and deep potential wells for those reactions, the construction of potential energy surfaces and quantum dynamic calculations are of great challenges. In this proposal, based on high level ab initio methods, we will construct the potential energy surfaces for the electronic ground and excited states including possible non-adiabatic couplings for the HO3 and C2H2O systems using permutation invariant polynomial neural network approach. Appropriate quantum wavepacket dynamic models will be developed to improve the computational efficiency. We will investigate the dynamic features under different collision conditions for the reactions of the ground state oxygen atom with HO2 and C2H2. In addition, we will generate accurate rate constants, branching ratio, and their dependence on the initial vibrational excitation. We will also investigate the influence of the non-adiabatic effect on the reaction dynamics. The outputs of studies will greatly enhance our understanding of combustion dynamics of hydrocarbon fuel, help to find the effective way of increasing the combustion efficiency, and provide useful information for improving combustion models and further related experimental studies.
基态氧原子O(3P)与HO2及C2H2的反应是碳氢燃料燃烧过程中的重要反应。理解燃烧过程中基元反应的微观动力学机制是提高燃烧效率的关键因素。近年来对相关反应的动力学性质已有较多的理论与实验研究,但动力学机制尚不清楚。由于这两个反应都涉及多通道和深势阱,对势能面的构建和量子动力学的计算都是很大的挑战。本项目结合高级别量子化学从头算方法和置换对称多项式-神经网络方法,分别构建了HO3和C2H2O的电子基态势能面。为验证势能面的精度,我们还做了稳定点的频率计算以及振动能级计算,证实了势能面均具有很高的精度。基于新构建的势能面,我们利用准经典轨迹方法以及环聚合物分子动力学(RPMD)方法,深入研究了基态氧原子与HO2及C2H2反应在不同碰撞条件下的动力学性质,获得了一定温度范围内精确的速率常数和反应分支比,比之前的理论结果更接近实验值。为了深入理解反应机理,我们还对不同反应路径的反应流进行了分析,揭示了反应细致的微观机理和动力学特征。通过本项目的研究,增强了对碳氢燃料燃烧动力学的认识,帮助寻找提高燃烧效率的有效途径,为改进燃烧模型和相关实验研究提供重要的理论依据。
期刊论文列表
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专利列表
Quantum dynamics of vibration-vibration energy transfer for vibrationally excited HF colliding with H-2
振动激发的 HF 与 H-2 碰撞的振动-振动能量转移的量子动力学
DOI:10.1002/jcc.25598
发表时间:2019
期刊:Journal of Computational Chemistry
影响因子:3
作者:Dongzheng Yang;Xixi Hu;Daiqian Xie
通讯作者:Daiqian Xie
An improved coupled-states approximation including the nearest neighbor Coriolis couplings for diatom-diatom inelastic collision
一种改进的耦合状态近似,包括用于硅藻-硅藻非弹性碰撞的最近邻科里奥利耦合
DOI:10.1063/1.5010807
发表时间:2018
期刊:Journal of Chemical Physics
影响因子:4.4
作者:Yang Dongzheng;Hu Xixi;Zhang Dong H;Xie Daiqian
通讯作者:Xie Daiqian
Nature of Photoinduced Quenching Traps in Methylammonium Lead Triiodide Perovskite Revealed by Reversible Photoluminescence Decline
可逆光致发光衰减揭示甲基铵三碘化铅钙钛矿中光致猝灭陷阱的性质
DOI:10.1021/acsphotonics.7b01537
发表时间:2018-05-01
期刊:ACS PHOTONICS
影响因子:7
作者:Hong, Daocheng;Zhou, Yipeng;Tian, Yuxi
通讯作者:Tian, Yuxi
Identification of the Band Gap Energy of Two-dimensional (OA)2(MA)n-1PbnI3n+1 Perovskite with up to 10 Layers
多达 10 层的二维 (OA)(2)(MA)(n-1)PbnI3n 1 钙钛矿带隙能量的识别
DOI:10.1021/acs.jpclett.9b02823
发表时间:2019-11-21
期刊:JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
影响因子:5.7
作者:Hua, Yan;Zhou, Yipeng;Tian, Yuxi
通讯作者:Tian, Yuxi
A full-dimensional potential energy surface and quantum dynamics of inelastic collision process for H-2-Hf
H-2-Hf非弹性碰撞过程的全维势能面和量子动力学
DOI:10.1063/1.5030384
发表时间:2018
期刊:Journal of Chemical Physics
影响因子:4.4
作者:Yang Dongzheng;Huang Jing;Zuo Junxiang;Hu Xixi;Xie Daiqian
通讯作者:Xie Daiqian
含硫小分子电子激发态势能面与态-态光解动力学的理论研究
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:64万元
- 批准年份:2020
- 负责人:胡茜茜
- 依托单位:
基于同步辐射真空紫外光电离质谱和高精度理论计算的乙炔燃烧动力学研究
- 批准号:U1932147
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:胡茜茜
- 依托单位:
国内基金
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