高溫下烷烴裂解過程模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2025-11-19
高溫下烷烴裂解過程模擬的實例教程
關鍵詞：CP2K；烷烴；裂解；高溫；分子模擬
在有氧氣的情況下，物質在高溫下發生的分解稱為燃燒，而在沒有氧氣的情況下則稱為熱解。烷烴的質量越大，支鏈越多，熱解的速率通常也會越大。烷烴的裂解涉及到C-C和C-H鍵的斷裂，是自由基機理。本案例將通過CP2K軟件實現烷烴的熱解反應。
初始模型的構建
首先通過packmol軟件將10個正葵烷插入到3*3*3 nm3的立方盒子中，輸入文件如圖1所示：
圖1 packmol 輸入文件
所構建的初始模型如圖2所示：
圖2 十條正葵烷分子鏈初始模型
在CP2K的輸入文件中任務類型選擇MD，理論方法采用GFN1-xTB，采用NVT系綜，熱浴采用CSVR，溫度設為3500K（溫度設置較高加快反應的進行），熱浴TIMECON設為100，步數STEPS設為50000，步長TIMESTEP設為0.2，部分輸入文件如圖3所示：
圖3 CP2K部分輸入文件
可以看到，隨著模擬的進行，經過10 ps后，正葵烷被裂解為大量的小分子碎片。如圖4所示，體系中不存在完整的正葵烷分子鏈。
圖4 模擬過程中正葵烷分子鏈的裂解情況
我們進一步考察體系中具有不同成鍵數的碳原子的數目變化（圖5），可以看到，有100個C原子的成鍵數都是4，因為體系一開始所有的C原子都來自正葵烷，都屬于sp3碳,10條正葵烷分子鏈總共是100個碳原子。隨著模擬的進行，長鏈烴開始裂解，開始出現短鏈烴烷，烯烴和炔烴，因此C(4)逐漸減少，C(3)，C(2)逐漸增多。C(1)和C(0)主要來自于一些不穩定的分子碎片。從圖6也可以看出，C-C鍵和C-H鍵在數目在反應過程中也在逐漸減少。
展開 關鍵詞：CP2K；烷烴；裂解；高溫；分子模擬
在有氧氣的情況下，物質在高溫下發生的分解稱為燃燒，而在沒有氧氣的情況下則稱為熱解。烷烴的質量越大，支鏈越多，熱解的速率通常也會越大。烷烴的裂解涉及到C-C和C-H鍵的斷裂，是自由基機理。本案例將通過CP2K軟件實現烷烴的熱解反應。
初始模型的構建
首先通過packmol軟件將10個正葵烷插入到3*3*3 nm3的立方盒子中，輸入文件如圖1所示：
圖1 packmol 輸入文件
所構建的初始模型如圖2所示：
圖2 十條正葵烷分子鏈初始模型
在CP2K的輸入文件中任務類型選擇MD，理論方法采用GFN1-xTB，采用NVT系綜，熱浴采用CSVR，溫度設為3500K（溫度設置較高加快反應的進行），熱浴TIMECON設為100，步數STEPS設為50000，步長TIMESTEP設為0.2，部分輸入文件如圖3所示：
圖3 CP2K部分輸入文件
可以看到，隨著模擬的進行，經過10 ps后，正葵烷被裂解為大量的小分子碎片。如圖4所示，體系中不存在完整的正葵烷分子鏈。
圖4 模擬過程中正葵烷分子鏈的裂解情況
我們進一步考察體系中具有不同成鍵數的碳原子的數目變化（圖5），可以看到，有100個C原子的成鍵數都是4，因為體系一開始所有的C原子都來自正葵烷，都屬于sp3碳,10條正葵烷分子鏈總共是100個碳原子。隨著模擬的進行，長鏈烴開始裂解，開始出現短鏈烴烷，烯烴和炔烴，因此C(4)逐漸減少，C(3)，C(2)逐漸增多。C(1)和C(0)主要來自于一些不穩定的分子碎片。從圖6也可以看出，C-C鍵和C-H鍵在數目在反應過程中也在逐漸減少。
展開 本文介紹如何從構建模型到模擬有機物（以葡萄糖分子為例）在高溫下裂解過程和最終產物。
有如下步驟：
初始化結構;
1.1 建模
input一個葡萄糖分子（圖1），然后module AC caculation，我這里寫500個分子（如圖2），run之后得到圖3.
（備注： energy 是選擇力場，后期用反應力場，這里現在通用力場就可以，如圖4）；
2.2結構優化
選擇modules-Forcite，設置迭代次數，優化如圖5。（備注：建議這里迭代次數寫多點，不然后面做計算有可能原子丟失）
做完結構優化后，得到.Car和.mdf格式文件，轉成.data文件。
高溫模擬下冰塊的熱傳遞和融化過程 ￥19.89
在研究生課題組中，有項目方向是做液體流動遷移擴散仿真，故考慮ABAQUS是否能夠進行液體性質模擬。
本作業主要應用Umeshmotion子程序模擬高溫下冰塊的熱傳遞和融化過程。在此之前，我們在課堂上學習過支架的線性靜力分析、壓力容器內壓靜力分析、含切口板材單軸拉伸模擬、罐與接管的熱分析、基體上薄膜脫粘分析等，結合這些基礎，通過設定材料屬性，使用ALE自適應網格控制，調用Umeshmotion子程序，來模擬高溫下冰塊的熱傳遞和融化過程。ABAQUS的Umeshmotion利用自適應網格技術在計算過程中自動調整節點位置，由此可進行燒蝕、磨損等涉及節點移動的模型仿真。
在ABAQUS中利用此可進行以下探究（本文僅進行案例復刻及一些改變）：
熱傳遞機制的模擬：在高溫環境下，模擬冰塊內部的熱傳遞機制，包括傳導、對流和輻射。ABAQUS提供了多種材料模型和邊界條件來模擬這些熱傳遞過程。例如，通過定義材料的熱導率、比熱容和熱膨脹系數，以及設置對流換熱系數和輻射參數，可以模擬冰塊在高溫環境中的熱響應。
融化動力學的探究：通過ABAQUS模擬冰塊在高溫條件下的融化速度和形態變化。ABAQUS的Umeshmotion子程序可以用來模擬冰塊融化過程中體積的不斷減少，這一仿真技巧也可以拓展應用到磨損、燒蝕、腐蝕等一系列涉及材料外形變化的仿真。
溫度分布的分析：利用ABAQUS模擬冰塊在不同溫度梯度下的內部溫度分布。通過設置初始溫度條件和對流換熱系數，可以研究薄膜內的溫度場，為后續的應力分析提供基礎。
物理性質變化的評估：在ABAQUS中模擬冰塊融化過程中物理性質（如密度、熱導率）的變化。這些性質的變化對熱傳遞和融化過程有重要影響，可以通過定義溫度-屬性關系表來進行模擬。
環境影響的考慮：研究環境因素（如壓力、氣流）對冰塊熱傳遞和融化過程的影響。
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關鍵詞：CP2K；烷烴；裂解；高溫；分子模擬
在有氧氣的情況下，物質在高溫下發生的分解稱為燃燒，而在沒有氧氣的情況下則稱為熱解。烷烴的質量越大，支鏈越多，熱解的速率通常也會越大。烷烴的裂解涉及到C-C和C-H鍵的斷裂，是自由基機理。本案例將通過CP2K軟件實現烷烴的熱解反應。
初始模型的構建
首先通過packmol軟件將10個正葵烷插入到3*3*3 nm3的立方盒子中，輸入文件如圖1所示
高溫模擬下冰塊的熱傳遞和融化過程
一、科學問題提出
材料失效，這種現象在物理世界中普遍存在，力學范濤中主要代表物質失去承載能力的現象。進一步解釋材料失效，是指材料或結構在外部作用下（如應力、溫度、化學腐蝕等）無法繼續履行其設計功能的現象。
失效包括但不限于強度失效、疲勞失效、蠕變失效、腐蝕失效、磨損失效和應力腐蝕失效等。失效與破壞的區別在于失效是功能上的損失，而破壞是物理上的斷裂
本文介紹如何從構建模型到模擬有機物（以葡萄糖分子為例）在高溫下裂解過程和最終產物。
有如下步驟：
初始化結構;
1.1 建模
input一個葡萄糖分子（圖1），然后module AC caculation，我這里寫500個分子（如圖2），run之后得到圖3.
（備注： energy 是選擇力場，后期用反應力場，這里現在通用力場就可以，如圖4）；
