科學網— 首次實現燃料燃燒高精度計算機模擬

2020-12-04 科學網

 

本報訊（記者黃辛）華東師範大學化學與分子工程學院朱通團隊結合人工智慧算法、量子化學理論以及分子動力學方法，實現了燃料燃燒的高精度計算機模擬，在原子尺度和亞飛秒時間解析度下獲得了甲烷燃燒的化學反應網絡。該成果近日發表於《自然—通訊》。

航空發動機是國防、交通等領域的核心裝備，反映了一個國家的科技和工業能力。只有掌握先進的航空發動機技術，才能使我國在航空航天領域競爭中獲得優勢地位。掌握燃料燃燒的本質和基礎理論，發現和闡明航空發動機燃燒過程的基本規律和其中涉及的物理化學機制，是我國在發動機設計領域獲得突破的必要條件。

發動機工作在高溫高壓的嚴苛工況下，很難通過實驗手段對其進行全景式的定量研究。而傳統計算模擬方法無法正確高效地處理針對燃燒過程中劇烈化學反應帶來的大量反應路徑的量子化學計算。

「基於人工神經網絡的深度學習方法為構建具有量子化學精度、同時十分高效的模擬算法提供了可能。」朱通告訴《中國科學報》，這項研究專門為燃燒反應設計了資料庫構建方案，採用人工神經網絡模型在0.1飛秒的解析度下對甲烷燃燒過程進行了長達1納秒的反應分子動力學模擬。

據介紹，在該團隊近期開發的ReacNetGenerator軟體的幫助下，該工作不僅復現了多年來積累的甲烷燃燒骨架反應機理，還發現了數百個中間反應路徑，揭示了甲烷燃燒的完整反應網絡。

「目前我們團隊正將該方法應用於碳煙的生成機理、航空煤油的熱解以及含能材料的起爆機理研究中。」論文共同通訊作者張增輝表示，該方法的進一步發展還有望為有機合成路徑的逆分析提供新思路。相關算法已集成至DP-GEN軟體中供用戶下載使用。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-19497-z

《中國科學報》 (2020-12-02 第4版 綜合)

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