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摘要
基于ReaxFF反应力场的反应分子动力学(ReaxFFMD)模拟方法已应用于复杂反应过程如热解、氧化、催化反应等反应机理的研究而备受关注。这类过程不仅化学反应复杂、且伴随物理过程的变化,其模拟结果分析具有挑战性。国际上首个ReaxFFMD化学反应分析及可视化工具VARxMD可在自动分析化学反应位点的基础上获得完整反应列表、反应物和生成物的动态演化、指定反应物与生成物之间的反应网络等多层次化学反应信息,并进行基于2D和3D化学结构的可视化。因VARxMD主要针对完整模拟体系进行全局化学反应信息的挖掘,缺乏针对模拟体系中指定3D局部区域内的化学反应进行追踪和物理性质分析的能力。本工作基于VARxMD对全局化学反应的分析结果和可视化方法,通过动态继承VARxMD的全局反应分析结果,从VARxMD全局反应3D可视化视图入手进行扩展,将VTK可视化框架的观察者模式与命令模式相结合,建立了模拟体系3D局部区域的选择和绘制方法,实现了3D局部区域内化学反应追踪和瞬态结构特性的分析。从模拟体系全局分析到3D局部区域分析能力的扩展已应用于煤热解反应模拟中煤颗粒孔道间的反应追踪以及含能材料热分解过程中富碳团簇形成过程中的瞬态结构表征,也有望应用于催化反应体系表界面反应分析、含能材料爆轰过程中反应热点分析,以及煤、生物质、高分子、碳氢燃料、含能材料等体系的热解与氧化反应的ReaxFF MD模拟。
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单位中国科学院大学; 中国科学院过程工程研究所; 多相复杂系统国家重点实验室
