低温条件下乙醇及甲醛与简单过氧组分反应机理的研究

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在实际工程实践中,醇组分对于内燃机碳氢燃料燃烧过程中的燃烧特性和排放特性产生很大的影响。为完善碳氢燃料氧化过程中醇组分的低温耦合作用机理,以更好的在工程实践中分析研究内燃机的点火特性、着火延迟等。本文采用量子化学理论对乙醇及其反应中间体(甲醛)和碳氢燃料低温氧化中间体(过氧甲基、过氧氢基)的耦合机理进行了详细的动力学研究与分析。使用高精度的MP2/aug-cc-p VTZ理论对乙醇分子(C2H5OH)与过氧甲基或过氧氢基XO2(X=CH3,H)在300-1500 K反应过程中的脱氢反应机理进行了研究。对反应体系中的所有物质的结构进行了优化和频率分析。使用CCSD(T)理论对所有的物质进行能量计算并对反应中间体进行T1诊断。研究得出,C2H5OH+CH3O2和C2H5OH+HO2均有三条显著的脱氢反应路径,且生成CH3O2H(或HO2H)+CH3CHOH为占优反应路径。对各反应路径速率系数计算时,得出变分效应几乎没有影响,隧道效应只在低温特别是反应温度低于1000 K时有显著影响。而且随着反应温度上升,生成CH3CH2O和CH2CH2OH的反应路径速率系数大小逐渐增大并在高温度区间成为占优路径。对于醇类低温燃烧中间体甲醛(CH2O)与过氧甲基(CH3O2)的低温耦合机理,使用M06-2X/6-311++G(d,p)理论进行研究分析。在对所有的反应中间体、反应生成物和反应物的结构进行优化和频率分析后,使用CCSD(T)/cc-p VTZ理论对所有的物质进行能量分析。研究发现,反应过程中有一条显著的脱氢路径和两条加成裂解反应,同时脱氢路径经研究得出是占优路径。脱氢路径在反应开始后会首先形成一个低势阱,而其他两条并没有形成反应复合物而是直接越过高势垒过渡态并形成一个化学性质不稳定的反应中间体。在对占优脱氢路径速率系数计算时,变分效应没有多大影响,隧道效应在低温区有显著影响。同时速率系数有显著的温度正相关特性。占优反应路径反应速率系数计算精度高,计算结果与实验结果的误差小于3.5%。
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