《表1 我国几种催化油浆的性质》

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《水分子对初始碳烟颗粒形成过程影响的分子动力学模拟》

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我国催化油浆具有密度大、氢碳原子比低、残碳值高等特点。从族组成上看，芳香烃含量高，大约在55%以上，饱和烃中主要以三环以下的环烷烃为主，芳香烃主要为三环和四环的多环芳烃且携带短侧链，胶质、沥青质等重质组分含量较低，我国部分催化油浆的性质见表1[21-23]。结合催化油浆的性质，本文采用十氢化萘、萘、2-甲基蒽、1-乙基芘为模型化合物来替代催化油浆。首先分析模型化合物在600、900、1300、1700、2100、2500 K不同温度下形成初始碳烟颗粒的过程，然后在体系中添加水分子，考察温度在2500 K时水分子对模型化合物形成初始碳烟颗粒过程的影响。水分子添加的规则为使体系中氢原子和碳原子的摩尔比分别为2、3、4。建模步骤为:利用Materials Studio软件建立一个盒子，为方便计算并且使模型内氢碳比、不同烃类所占比重的数值接近表1内数据，盒子内放入14个十氢化萘分子、2个萘分子、12个2-甲基蒽分子、12个1-乙基芘分子，定义盒子初始密度为0.2 g/cm3。采用周期性边界条件作为约束条件，以避免原子重叠。在进行动力学模拟前，对所选模型可行性进行验证。进行动力学驰豫，使模型达到稳定状态。具体步骤为:选择Forcite模块首先选择NVT系综，对模型进行五次从298 K到500 K的先升温后降温的循环退火处理。在NPT系综下，在压力为10～0.1MPa间进行加压解压处理，随后对整个盒子进行能量最小化[17]。经过处理后盒子内部应力减小，处于稳定状态，盒子内物质的密度约为1.06 g/cm3，盒子内物质的密度、氢碳比和物质组成等性质接近催化油浆，说明盒子中分子的选择是合理的。采用Forcite模块的Dynamic功能，NVT系综下让盒子内物质达到温度298 K时的平衡状态。进行热解处理前的平衡状态见图1。将优化过后的模型输入LAMMPS进行计算。模拟中采用的系综为正则系综（NVT），即保证计算过程中模型中的原子数、体积和温度保持不变。模拟的温度分别为600、900、1300、1700、2100、2500 K，计算中时间步长选用0.25 fs，模拟时间2 ns。每1000步输出一次热力学参数，每30步输出一次计算结果。输出结果至ovito进行可视化，同时对计算数据进行处理。