ReaxFF-Molekulardynamikstudie der Oxidationsbrenneigenschaften des R1132 (E)/R1234ze (E)-Arbeitsstoffgemischs

Lü Zijian ,  

Yang Hao ,  

Chen Yubo ,  

Jin Tingxiang ,  

Che Fuliang ,  

摘要

Zur Bewertung der Sicherheit des binären brennbaren Arbeitsstoffs R1132 (E)/R1234ze (E) in praktischen Anwendungen wurden reaktive Molekulardynamik und Dichtefunktionalmethoden verwendet, um die Einflüsse von Temperatur, Sauerstoffäquivalenzverhältnis, Komponentenverhältnis und Wassermolekülen auf das Oxidationsbrennverhalten des R1132 (E)/R1234ze (E)-Gemischs zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reaktionstemperatur der dominierende Faktor zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit des Systems ist, wobei Reaktanten ab 2000 K vollständig innerhalb von 3000 ps verbraucht werden; hohe Temperaturen beschleunigen die anfängliche Pyrolyse deutlich und fördern nachfolgende oxidative Umwandlungen; der Sauerstoffgehalt beeinflusst hauptsächlich die Oxidationstiefe, wobei bei einer Erhöhung des Sauerstoffäquivalenzverhältnisses von 0,5 auf 1,5 die Bildung von CO und CO2 deutlich ansteigt, jedoch die anfängliche Pyrolysegeschwindigkeit nur geringfügig beeinflusst wird; bei unterschiedlichen Komponentenverhältnissen von R1132 (E)/R1234ze (E) bleibt die HF-Bildung mit rund 350 Molekülen nahezu konstant, was mehr als 90 % des gesamten Wasserstoffgehalts im System entspricht; ein höherer Anteil von R1234ze (E) verlängert die vollständige Zersetzungszeit des Gemischs und verstärkt die Bildung von COF2; Umgebungswassermoleküle liefern durch Pyrolyse aktive Radikale und fangen fluorierte Zwischenprodukte ein, was die vollständige Kohlenstoffoxidation deutlich fördert und die HF-Ausbeute erhöht. Innerhalb des Gemischsystems initiiert R1132 (E) die Reaktion bevorzugt über den Selbstzerfallspfad, während R1234ze (E) bevorzugt C-C-Bindungen bricht, um die Radikale •CF3 und •C2H2F zu bilden, die schließlich über die COF2/COF-Pfade bzw. schrittweise C-F/C-H-Bindungsbrüche zu CO2 oxidiert werden.

关键词

R1132 (E); Molekulardynamiksimulation; Mischkältemittel; Computationale Chemie; Sicherheit

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