Interaction Between Produced Radicals During Ethylene Combustion and Nitrogen Molecules Based on Reaxff Molecular Dynamics Simulation

doi:10.7503/cjcu20210834

Abstract

Abstract:

The combustion of C₂H₄ in air and the interaction between produced radicals during combustion and nitrogen molecules were studied using reactive force field molecule dynamics（ReaxFF-MD） method under fuel-rich condition at 3200 K. The key information， including the reaction path of ethylene combustion， the reactions of produced radicals during combustion with N₂， and formation paths of NO， were obtained by combining reaction networks extracted by ReacNetGenerator program with the related reactions obtained though the code developed by our group. The results showed that the combustion path of ethylene is consistent with that obtained by previous kinetic simulation using those reaction mechanisms of ethylene combustion， indicating that the ReaxFF-MD method is effective and reliable to simulate the high temperature combustion of ethylene. For fuel-rich flame of ethylene， it has been suggested that the CH， C₂H， C₂，_{and C₂O radicals could become important in prompt NO. The reactions of these radicals with N₂ and formation paths of NO can provide important clues for the construction of reaction mechanism of nitrogen oxide emission during the combustion of ethylene and larger hydrocarbons.}

Key words: Ethylene combustion, Prompt NO, Reactive force field molecule dynamics（ReaxFF-MD）

CLC Number:

O641

TrendMD:

LIU Jiaxin, MIN Jie, XU Huajie, REN Haisheng, TAN Ningxin. Interaction Between Produced Radicals During Ethylene Combustion and Nitrogen Molecules Based on Reaxff Molecular Dynamics Simulation[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(4): 20210834.

Figures/Tables 9

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Reaction	t/ps	Reaction	t/ps
CH₂+N₂→CH₂N₂	0.92	C₂H₃+N₂→C₂H₃N₂	3.36
CHO+N₂→CHON₂	1.94	C₂H+N₂→C₂HN₂	15.18
CH₃+N₂→CH₃N₂	2.14	C₂O+N₂→C₂ON₂	16.70
CH+N₂→CHN₂	73.00	C₂H₅+N₂→C₂H₅N₂	42.02
C₂+N₂→C₂N₂	1.78

Reaction	t/ps	Reaction	t/ps
CH₂+N₂→CH₂N₂	0.92	C₂H₃+N₂→C₂H₃N₂	3.36
CHO+N₂→CHON₂	1.94	C₂H+N₂→C₂HN₂	15.18
CH₃+N₂→CH₃N₂	2.14	C₂O+N₂→C₂ON₂	16.70
CH+N₂→CHN₂	73.00	C₂H₅+N₂→C₂H₅N₂	42.02
C₂+N₂→C₂N₂	1.78

Radical（number）	Number
Radical（number）	N₂	O₂	O	H	HO₂	HO
CH₃（208）	1773	468	2	7	2	1
CH₂（236）	1771	432	15	10	11	13
CH（236）	1771	432	15	10	11	13
CHO（233）	1772	431	19	9	12	15
C₂H₅（221）	1771	457	5	14	5	6
C₂H₃（218）	1772	463	5	11	1	7
C₂H（214）	1772	462	6	14	1	5
C₂（214）	1772	462	6	14	1	5
C₂O（240）	1773	417	6	12	16	16

Radical（number）	Number
Radical（number）	N₂	O₂	O	H	HO₂	HO
CH₃（208）	1773	468	2	7	2	1
CH₂（236）	1771	432	15	10	11	13
CH（236）	1771	432	15	10	11	13
CHO（233）	1772	431	19	9	12	15
C₂H₅（221）	1771	457	5	14	5	6
C₂H₃（218）	1772	463	5	11	1	7
C₂H（214）	1772	462	6	14	1	5
C₂（214）	1772	462	6	14	1	5
C₂O（240）	1773	417	6	12	16	16

C1 radical	Number				C2 radical	Number
C1 radical	CO	CO₂	H₂O	NO	C2 radical	CO	CO₂	H₂O	NO
CH₃	86	115	245	6	C₂H₅	359	40	450	0
CH₂	98	132	193	8	C₂H₃	281	131	273	1
CH	102	131	89	13	C₂H	239	174	72	12
CHO	81	149	81	7	C₂	277	141	1	14
					C₂O	187	202	8	10