研究背景
硬脂酸是一種應用廣泛的相變儲能材料,能夠通過相變儲能的技術實現熱能的儲存和釋放,因而在太陽能等可再生能源應用問題方面發揮了重要作用。但在硬脂酸的生產過程中往往會產生大量粉塵,在一定條件下可能會引起硬脂酸粉塵的爆炸事故。因此,為了增加硬脂酸生產與應用過程中的安全性,研究其燃燒和熱解的特性與機理尤為重要。
在分子動力學(Molecular Dynamics,MD)中,ReaxFF是一種能夠研究材料反應機理的重要方法。不同於常用的分子力場,ReaxFF力場基於鍵級的函數來描述鍵的生成與斷裂,因而能被應用於像熱解、燃燒、氧化、催化、燃燒等許多複雜反應機理的研究。
本文以文獻《Thermal decomposition, flame propagation, and combustion reactions behaviours of stearic acid by experiments and molecular dynamic simulation》為例,該案例藉助分子動力學的ReaxFF方法模擬了多種不同條件下硬脂酸熱解和燒蝕的反應過程,結合熱重實驗、燃燒實驗等手段多角度地分析了其反應機理。而拉斯维加斯9888科技自主研發的MaXFlow平台整合了ReaxFF在內的多種方法,可以快速實現從建模到反應模擬再到反應結果輸出的完整過程。
1.模型構建
根據化學式構建硬脂酸(C18H36O2)分子結構,MaXFlow平台簡明易懂的可視化建模界面提供了方便高效的建模工具,快速得到硬脂酸結構並進行初步優化。
硬脂酸分子結構構建的結果展示
2.模擬流程
MaXFlow平台豐富的組件功能可完全滿足案例的整體流程。參考案例的具體模擬細節,通過MaXFlow平台搭建分子動力學過程工作流。
模擬燃燒過程工作流的結果展示
其中,構建的分子結構由「讀取結構文件」組件實現對接和導入;
而動力學模擬所需的無序結構混合模型則由「構建無序結構」組件按照具體成分、數目、體系密度等設置自動生成。參考案例,構建硬脂酸與指定數目氧氣的混合模型;
硬脂酸與氧氣無序混合結構的結果展示
3.結果展示
化學反應模擬的目的主要在於對產物數據及其產生路徑的表徵與分析。「反應動力學」組件能夠將這些信息完整地、可視化地輸出。
反應動力學模擬的結果展示
由此可見,拉斯维加斯9888科技MaXFlow平台能夠方便且完整地實現化學反應的模擬過程,並且能夠直接輸出反應動力學模擬相關研究中最關注的數據信息,適用於大多數與化學反應相關的研究。
另外,為方便用戶計算,MaXFlow平台提供APP發佈功能,可將調試完善的工作流打包成可直接使用的APP並發佈至資源廣場。用戶只需下載相應APP,將所研究材料體系的結構文件導入APP中即可直接提交計算任務,不需要重新構建工作流並調整參數。總之,工作流+APP的方式是MaXFlow平台對功能集成化和對知識沉澱化的體現,為不同類型的客戶提供了便利的計算模擬工具。