Атомистическое моделирование образования, сублимации и морфологии сажевых частиц

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-79-00245

НазваниеАтомистическое моделирование образования, сублимации и морфологии сажевых частиц

Руководитель Орехов Никита Дмитриевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №49 - Конкурс 2020 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-202 - Теплофизические свойства веществ и материалов, в том числе в экстремальных состояниях

Ключевые слова Углеродные наночастицы, сажеобразование, молекулярная динамика

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Понимание механизмов образования сажи является ключевым моментом в улучшении энергетической эффективности двигателей и уменьшении вредных выбросов при горении углеводородов. Продукты неполного сгорания углеводородов имеют негативное влияние на состояние окружающей среды и здоровье человека. Известно, что большинство реакций образования сажи при горении топлива проходят через образование полициклических ароматических углеводородов, однако морфология сажевых наночастиц на ранних этапах образования и механизм их нуклеации из газовой фазы точно не известны -- малые временные и пространственные масштабы этих процессов лежат за пределами разрешающей способности современных экспериментальных подходов. Детальная интерпретация экспериментальных данных не представляется возможной без точных представлений о ранних стадиях зарождения сажи и сопутствующих этому механизмах. Таким образом, проект нацелен не только на развитие фундаментальных теоретико-вычислительных подходов, но и на расчет важных с прикладной точки зрения характеристик процесса образования и роста сажевых частиц. В рамках проекта будет разработана многомасштабная численная модель и проведено предсказательное моделирование процессов нуклеации и сублимации сажевых частиц. Для расчета свойств углеводородов и образуемых ими сажевых частиц будет использоваться комбинация первопринципного и классического полноатомного молекулярно-динамического подхода. Для анализа структуры наночастиц будут использованы методы кластерного анализа, относящиеся к так называемым методам машинного обучения без учителя. На основе методов кластерного анализа и метода монте-карло будет создана кинетическая модель термического разрушения (сублимации) сажевой наночастицы при конечной температуре. В рамках построенной модели будут рассчитаны зависимости энергии сублимации, температуры сублимации и распределения продуктов сублимации по массам от условий формирования сажевой частицы. Развитие тематики проекта будет проводиться в тесном контакте с экспериментальными коллективами ОИВТ РАН, занимающимися вопросами горения углеводородов и теплофизическими свойствами углеродных материалов, что обеспечит прямую связь с конкретными инженерно-техническими приложениями.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Потапов Д.О., Гольдштейн К.Д., Орехов Н.Д. Role of non-aromatic cycles in polycyclic aromatic hydrocarbon dimerization Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2021)

2. Орехов Н.Д., Логунов М.А. Atomistic structure and anomalous heat capacity of low-density liquid carbon: Molecular dynamics study with machine-learning potential Carbon, V. 192, (15) Pages 179-186 (год публикации - 2022)
10.1016/j.carbon.2022.02.058

3. К.Д. Гольдштейн, М.А. Логунов, Д.О. Потапов, Н.Д. Орехов О ВЛИЯНИИ МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ САЖЕВЫХ ЧАСТИЦ НА КИНЕТИКУ ИХ РОСТА: МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ Теплофизика высоких температур (год публикации - 2022)

4. Дерека С.А., Потапов Д.О., Орехов Н.Д. Atomistic structure of low-density liquid carbon Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2022)

Публикации

4. Дерека С.А., Потапов Д.О., Орехов Н.Д. Atomistic structure of low-density liquid carbon Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2022)