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申请/专利权人：广西大学

摘要：本发明提供一种分子模拟分析棕榈油热解反应路径的方法及用于变压器油DGA热故障诊断，该方法包括：对棕榈油中代表性的主要成分的几何结构进行优化；利用Gaussian计算分子范德华表面静电势分布，以及红外光谱，并和数据库中实验测得的红外光谱进行对照；构建棕榈油模型盒子；对棕榈油模型盒子进行弛豫，得到平衡状态下体系的结构模型；进行不同高温下的基于ReaxFF力场的反应分子动力学计算，总结棕榈油热解生成用于生物柴油的反应路径，以及变压器DGA故障诊断用的特征气体产物生成路径。本发明基于微观原子角度，可得到宏观实验下无法完整观测的热解反应途径，且其中的典型反应途径与实验观测的一致，具有可靠性。

主权项：1.一种基于分子模拟分析棕榈油热解反应路径和变压器用植物绝缘油DGA故障诊断用的特征产物反应路径的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：在分子模拟软件内构建甘油三棕榈酸酯，甘油三硬脂酸酯，甘油三油酸酯和甘油三亚油酸酯的分子模型，并以B3LYP-D3（BJ）6-311G（d，p）的泛函和基组级别进行结构优化，获得分子能量最低时的稳定结构；步骤2：运用B3LYP-D3（BJ）6-311+G（d，p）方法，对步骤1优化得到的分子结构做进一步的能量计算和频率振动计算，从而得到分子范德华表面的静电势分布以及各分子的红外光谱，并将计算得到的红外光谱与数据库中的红外光谱作对比，验证有效性；步骤3：构建以甘油三棕榈酸酯，甘油三硬脂酸酯，甘油三油酸酯和甘油三亚油酸酯分子组成的棕榈油体系分子模型，并进行结构优化，获取最小能量体系构象，并根据实际密度、温度对棕榈油分子体系的密度、初始温度进行设定调整；步骤4：对调整完毕的棕榈油体系分子模型以及分别对各个甘油三酯分子模型利用ReaxFF力场进行反应分子动力学计算，得到1800K-3200K温度下，棕榈油热解生产生物柴油的反应路径和变压器用植物绝缘油DGA故障诊断用的特征产物主要反应路径；反应分子动力学计算包括单分子热解模拟和棕榈油体系热解模拟；单分子热解模用于研究四种甘油三酯分子的热解规律和完整热解路径，模拟的具体过程包括：分别单独构建四个周期性边界条件的立方体盒子，在盒子中建立对应的单分子甘油三酯模型；随后在300K温度下进行NVT动力学平衡弛豫；最后在2600K高温下进行NVT热解反应；棕榈油体系热解模拟变压器在发生故障时，热点处快速局部过热的情况，用于研究棕榈油体系在高温下热解的重要产物分布和详细演化机理，模拟的具体过程包括：首先，在晶格矢量为60Å×60Å×60Å的初始非晶态无定形胞中，采用周期性边界条件，依据马来西亚关于棕榈油的国家标准MS816:2007，以棕榈油各组分的质量分数比例作为参考，以甘油三棕榈酸酯C51H98O6：甘油三硬脂酸酯C57H110O6：甘油三油酸酯C57H104O6：甘油三亚油酸酯C57H98O6=9:1:8:2的分子数量比搭建棕榈油体系模型，初始密度为0.1306gcm3，较低的初始密度有助于防止主要官能团的堆积；然后，为了保证该无定形胞内体系分子的稳定，让初始结构合理化，在NVT系综下进行了100ps的弛豫，使分子结构松弛到平衡态，其中前50ps使体系温度从10K逐渐升温到300K，后50ps在300K温度下弛豫；随后，为了将无定形胞体系调整到实际棕榈油体系的密度，使用NPT系综将体系密度调整至0.8972gcm3，晶格矢量为32Å×36Å×27Å；最后，为了模拟变压器在发生故障时，热点处快速局部过热的现象，以200Kps的加热速率在NVT系综下，做8组对照模拟实验，从300K逐渐升温到1800K,2000K,2200K,2400K,2600K,2800K,3000K,3200K，观察不同温度下的自由基链式反应以及统计特征产物分布情况；所述步骤4中，棕榈油热解生产生物柴油的反应路径：甘油三酯分子的逐级裂解，首先初始裂解为一个甘油二酯分子和一个甘油单酯分子，然后一个甘油二酯分子裂解为两个甘油单酯分子和一个甘油自由基： ； ； ； ；变压器DGA故障诊断用的特征产物主要反应路径：对于生成用于变压器DGA故障诊断用的特征产物的主要反应路径是生成的生物柴油燃料会在高温下逐步热解，发生脱羧反应，β-scission，共轭反应，夺氢反应或其他一系列反应，直至热解为C原子数小于4的小分子化合物和小分子自由基，其中的甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氢气、二氧化碳、一氧化碳是DGA常用溶解气体。

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百度查询： 广西大学 分子模拟分析棕榈油或植物绝缘油热解反应路径的方法及用于变压器油DGA热故障诊断