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高密度燃料物性的理论模拟与计算

作　者: 左杰
导　师: 张香文
学　校: 天津大学
专　业: 环境化工
关键词: 高密度燃料基团贡献法分子动力学模拟物性计算
分类号: TK16
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 69次
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内容摘要

高密度燃料是现代巡航导弹所应用的具有高密度、高体积热值的可储型液体碳氢燃料。物理化学性质对燃料的贮存、运输以及应用有着重要的影响。然而，现有的燃料数据较少，利用实验方法测定燃料性质存在困难。本文研究了采用基团贡献法和分子动力学模拟计算和预测燃料物性的理论方法，对高密度燃料的物性进行了计算。利用基团贡献法估算了现有高密度燃料JP-10和四环庚烷的冰点、沸点、闪点、临界温度、临界压强、标准摩尔汽化焓、标准摩尔熔化焓。将计算值与文献值进行了对比，数据吻合较好。在此基础上，利用基团贡献法预测了新型高密度燃料四氢三环戊二烯的物性。以JP-10为对象，从系综、力场、截断半径、模拟时间、模拟分子数目等方面对分子动力学模拟参数进行优化，选定了合适的模拟参数。然后对JP-10，四环庚烷进行分子动力学模拟，计算了燃料的密度、扩散系数、内聚能密度、冰点及粘度，模拟结果与文献值基本相符。进一步对四氢三环戊二烯的三种立体异构体（挂-挂-挂、挂-挂-桥、桥-挂-桥）进行了模拟，预测了其不同温度下的密度、自扩散系数、内聚能密度、粘度等性质，并分析了冰点，结果表明挂-挂-挂异构体冰点更低、粘度较小，适合作为高密度液体燃料。本文研究结果表明，基团贡献法和分子动力学模拟能够较准确地计算高密度燃料的各种物性，可以为高密度燃料的设计及合成提供预测和指导。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一第文献综述  8-20
  1.1 高密度烃类燃料的研究进展  8-11
    1.1.1 双环类高密度燃料  9-10
    1.1.2 三环类高密度燃料  10-11
    1.1.3 高张力笼状环烃类燃料  11
  1.2 基团贡献法估算燃料物性  11-12
    1.2.1 计算方法  11-12
    1.2.2 对环状碳氢化合物的应用  12
  1.3 分子模拟技术估算燃料物性  12-19
    1.3.1 分子力学模拟  14-17
    1.3.2 分子动力学模拟  17-19
  1.4 本文研究意义  19-20
第二章基团贡献法估算高密度燃料性质  20-27
  2.1 基本原理与方法  20-23
    2.1.1 各种基团作用  20-21
    2.1.2 计算公式  21-23
  2.2 计算结果与分析  23-26
    2.2.1 JP-10  23-24
    2.2.2 四环庚烷  24-25
    2.2.3 四氢三环戊二烯  25-26
  2.3 小结  26-27
第三章分子动力学模拟方法  27-41
  3.1 动力学模拟软件  27-28
    3.1.1 Amorphous Cell 模块  27
    3.1.2 Discover 模块  27-28
    3.1.3 Forcite 模块  28
  3.2 基本原理与模拟参数选择  28-37
    3.2.1 确定系综  28-29
    3.2.2 选择力场  29-31
    3.2.3 周期性边界条件与最近镜像  31-32
    3.2.4 截断半径与电荷基团  32-34
    3.2.5 长程力的计算  34
    3.2.6 求解分子运动方程  34-36
    3.2.7 动力学平衡时间的选择  36-37
    3.2.8 动力学的应用  37
  3.3 物性参数的计算  37-40
    3.3.1 扩散系数的计算  37-39
    3.3.2 内聚能密度的计算  39
    3.3.3 冰点的分析  39
    3.3.4 粘度的计算  39-40
  3.4 Materials Studio 的应用  40-41
第四章分子分动力学模拟计算结果  41-69
  4.1 JP-10 的分子动力学模拟  41-52
    4.1.1 构建分子模型  41
    4.1.2 建立元胞  41-42
    4.1.3 元胞能量最小化  42-43
    4.1.4 分子动力学平衡  43-45
    4.1.5 模拟参数选择  45-46
    4.1.6 模拟结果与分析  46-52
  4.2 四环庚烷的分子动力学模拟  52-56
    4.2.1 构建分子模型  52
    4.2.2 建立元胞及能量最小化  52-53
    4.2.3 分子动力学平衡  53
    4.2.4 模拟结果与分析  53-56
  4.3 exo-exo-exoTHTCPD 分子动力学模拟  56-60
    4.3.1 构建分子模型  56
    4.3.2 建立元胞及能量最小化  56-57
    4.3.3 分子动力学平衡  57
    4.3.4 模拟结果与分析  57-60
  4.4 exo-exo-endoTHTCPD 分子动力学模拟  60-64
    4.4.1 构建分子模型  60
    4.4.2 建立元胞及能量最小化  60-61
    4.4.3 分子动力学平衡  61
    4.4.4 模拟结果与分析  61-64
  4.5 endo-exo-endoTHTCPD 分子动力学模拟  64-68
    4.5.1 构建分子模型  64-65
    4.5.2 建立元胞及能量最小化  65
    4.5.3 分子动力学平衡  65
    4.5.4 模拟结果与分析  65-68
  4.6 小结  68-69
第五章结论  69-70
参考文献  70-74
致谢  74

高密度燃料物性的理论模拟与计算

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