不同晶型CL-20热分解反应机理计算分析

张力 陈朗 王晨 伍俊英

张力, 陈朗, 王晨, 伍俊英. 不同晶型CL-20热分解反应机理计算分析[J]. 爆炸与冲击, 2014, 34(2): 188-194. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0188-07
引用本文: 张力, 陈朗, 王晨, 伍俊英. 不同晶型CL-20热分解反应机理计算分析[J]. 爆炸与冲击, 2014, 34(2): 188-194. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0188-07
Zhang Li, Chen Lang, Wang Chen, Wu Jun-ying. Molecular dynamics simulation on thermal decomposition mechanism of CL-20with different polymorphs[J]. Explosion And Shock Waves, 2014, 34(2): 188-194. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0188-07
Citation: Zhang Li, Chen Lang, Wang Chen, Wu Jun-ying. Molecular dynamics simulation on thermal decomposition mechanism of CL-20with different polymorphs[J]. Explosion And Shock Waves, 2014, 34(2): 188-194. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0188-07

不同晶型CL-20热分解反应机理计算分析

doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0188-07
详细信息
    作者简介:

    张力(1987—), 男, 博士研究生

  • 中图分类号: O389

Molecular dynamics simulation on thermal decomposition mechanism of CL-20with different polymorphs

More Information
  • 摘要: 基于反应力场,采用NPT、NVT系综和Berendsen方法,对ε-、β-和γ-CL-20超晶胞在不同温度下的热分解反应过程进行分子动力学计算。结果表明:3种晶型CL-20的初始分解路径均是五元环和六元环中的N-NO2键断裂生成·NO2自由基,生成的主产物包括N2、H2O、CO、CO2、NO2、NO3、HNO2、HNO3、N2O5、N2O2和NO等。相同晶型的CL-20发生热分解生成的主产物的反应速率常数随温度的升高而增大。
  • 图  1  3种CL-20晶型

    Figure  1.  Three polymorphs of CL-20

    图  2  ε-CL-20超晶胞结构

    Figure  2.  The supercell structures of ε-CL-20

    图  3  γ-CL-20中目标温度和平均势能随时间的变化

    Figure  3.  Time evolution of temperature and potential energy in the thermal decomposition of γ-CL-20

    图  4  γ-CL-20超晶胞生成的平均碎片数量随时间的变化

    Figure  4.  Number of fragments per molecular in the thermal decomposition of γ-CL-20

    图  5  不同温度下γ-、β-和ε-CL-20热分解碎片数量

    Figure  5.  Fragment number per molecular in the different polymorphys of CL-20

    图  6  不同温度时γ-CL-20发生分解反应生成的主产物和中间体数量随时间的变化

    Figure  6.  Time evolution of fragment number in the thermal decomposition of γ-CL-20supercell at different temperatures

    图  7  2 000K时β-和ε-CL-20发生热解反应生成的主产物和中间体数量随时间的变化

    Figure  7.  Time evolution of fragment number in the thermal decomposition of β-andε-CL-20supercells at 2 000K

    图  8  不同温度时γ-CL-20发生热解反应生成的主产物和中间体数量随时间的变化

    Figure  8.  Time evolution of fragment number in the thermal decomposition of γ-CL-20supercell at different temperatures

    图  9  2 500K时β-和ε-CL-20发生热解反应生成的主产物和中间体数量随时间的变化

    Figure  9.  Time evolution of fragment number in the thermal decomposition of β-andε-CL-20supercells at 2 500K

    图  10  单分子和超晶胞ε相CL-20生成的产物

    Figure  10.  The final products in the thermal decomposition of ε-CL-20molecule and supercell

    图  11  不同目标温度下N2和H2O的反应速率常数

    Figure  11.  Reaction rate constants of N2and H2O at different temperatures

  • [1] Simpson R L, Urtiev P A, Ornellas D L, et al. CL-20performance exceeds that of HMX and its sensitivity is moderate[J]. Propellant, Explosives, Pyrotechnics, 1997, 22(5): 249-255. doi: 10.1002/prep.19970220502
    [2] Patil D G, Brill T B. Thermal decomposition of energetic materials 59: Characterization of residue of hexanitrohexaazaisowurtzitane[J]. Combustion and Flame, 1993, 92(4): 456-458. doi: 10.1016/0010-2180(93)90155-V
    [3] Okovytyy S, Kholod Y, Qasim M, et al. The mechanism of unimolecular decomposition of 2, 4, 6, 8, 10, 12-hexanitro-2, 4, 6, 8, 10, 12-hexaazaisowurtzitane: A computational DFT study[J]. The Journal of Physical Chemistry A, 2005, 109(12): 2964-2970. doi: 10.1021/jp045292v
    [4] Isayev O, Gorb L, Qasim M, et al. Ab initio molecular dynamics study on the initial chemical events in nitramines: Thermal decomposition of CL-20[J]. The Journal of Physical Chemistry B, 2008, 112(35): 11005-11013. doi: 10.1021/jp804765m
    [5] 张力, 陈朗, 王晨, 等. CL-20初始热解反应机理的分子动力学计算研究[J].火炸药学报, 2012, 35(4): 5-9. doi: 10.3969/j.issn.1007-7812.2012.04.002

    Zhang Li, Chen Lang, Wang Chen, et al. The mechanism of the initial thermal decomposition of CL-20via molecular dynamics simulation[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants, 2012, 35(4): 5-9. doi: 10.3969/j.issn.1007-7812.2012.04.002
    [6] Van Duin A C T, Dasgupta S, Lorant F, et al. ReaxFF: A reactive force field for hydrocarbons[J]. The Journal of Physical Chemistry A, 2001, 105(41): 9396-9409. doi: 10.1021/jp004368u
    [7] Bolotina N B, Hardie M J, Speer R L, et al. Energetic materials: Variable-temperature crystal structures of γ- and ε- HNIW polymorphs[J]. Journal of Applied Crystallography, 2004, 37(5): 808-814. doi: 10.1107/S0021889804017832
    [8] Foltz M F, Coon C L, Garcia F, et al. The thermal stability of the polymorphs of hexanitrohexaazaisowurtzitane[J]. Propellants, Explosive, Pyrotechnics, 1994, 19(1): 19-25. doi: 10.1002/prep.19940190105
    [9] 傅献彩, 沈文霞, 姚天扬, 等.物理化学[M]. 5版.北京: 高等教育出版社, 2006: 163-165.
  • 加载中
图(11)
计量
  • 文章访问数:  4867
  • HTML全文浏览量:  631
  • PDF下载量:  758
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-27
  • 修回日期:  2012-10-15
  • 刊出日期:  2014-03-25

目录

    /

    返回文章
    返回