| 摘要 | 第5-8页 |
| Abstract | 第8-12页 |
| 1 引言和文献综述 | 第16-50页 |
| 1.1 引言 | 第16-18页 |
| 1.2 煤结构及其热解反应性 | 第18-26页 |
| 1.2.1 煤的结构 | 第18-22页 |
| 1.2.2 煤的热解 | 第22-26页 |
| 1.2.2.1 煤的热解过程 | 第22页 |
| 1.2.2.2 煤热解过程中发生的化学反应及实验研究现状 | 第22-26页 |
| 1.3 分子模拟方法简介 | 第26-30页 |
| 1.3.1 分子动力学模拟及其在煤化学中的应用 | 第27-28页 |
| 1.3.2 量子化学在煤相关研究中的应用 | 第28-29页 |
| 1.3.3 反应分子动力学：化学反应力场与分子动力学的结合 | 第29-30页 |
| 1.4 ReaxFF反应力场简介 | 第30-41页 |
| 1.4.1 ReaxFF力场的函数表达 | 第30-37页 |
| 1.4.2 ReaxFF力场在煤及类煤物质热解和燃烧中的应用 | 第37-41页 |
| 1.5 ReaxFF MD的高性能计算 | 第41-47页 |
| 1.5.1 ReaxFF MD的性能特点 | 第41-42页 |
| 1.5.2 基于传统CPU并行的ReaxFF MD程序系统 | 第42-43页 |
| 1.5.3 图形处理器GPU及CUDA简介 | 第43-47页 |
| 1.6 本文的主要目标和研究内容 | 第47-48页 |
| 1.7 本章小结 | 第48-50页 |
| 2 基于GPU的ReaxFF MD并行 | 第50-80页 |
| 2.1 ReaxFF MD算法的特点及基于CUDA的并行算法难点 | 第50-53页 |
| 2.2 基于单GPU的ReaxFF MD(GMD-Reax)并行策略的设计与实现 | 第53-63页 |
| 2.2.1 GMD-Reax的基本策略 | 第53-56页 |
| 2.2.2 键级的计算 | 第56-59页 |
| 2.2.3 电负性平衡算法求解原子部分电荷 | 第59-62页 |
| 2.2.4 双精度GMD-Reax的实现 | 第62-63页 |
| 2.3 基于多GPU的ReaxFF MD(MPI-GMD-Reax)并行策略的设计与实现 | 第63-67页 |
| 2.3.1 MPI-GMD-Reax的实现流程 | 第64-65页 |
| 2.3.2 MPI-GMD-Reax的并行架构 | 第65-67页 |
| 2.4 各版本GMD-Reax的正确性验证和性能测试 | 第67-77页 |
| 2.4.1 GMD-Reax的正确性验证 | 第67-70页 |
| 2.4.2 GMD-Reax中主要算法的性能测试 | 第70-72页 |
| 2.4.3 GMD-Reax的整体性能测试 | 第72-74页 |
| 2.4.4 GMD-Reax在K20上的整体性能测试 | 第74-77页 |
| 2.5 与其它GPU-ReaxFF MD程序的比较 | 第77-78页 |
| 2.6 本章小结 | 第78-80页 |
| 3 柳林烟煤和海拉尔褐煤模型的构建 | 第80-90页 |
| 3.1 柳林烟煤和海拉尔褐煤原煤结构的实验分析 | 第80-83页 |
| 3.2 柳林烟煤和海拉尔褐煤3D结构模型的构建 | 第83-89页 |
| 3.3 本章小结 | 第89-90页 |
| 4 煤热解的化学反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟 | 第90-174页 |
| 4.1 煤热解的ReaxFF MD模拟方法 | 第90-93页 |
| 4.1.1 柳林烟煤和海拉尔褐煤热解的ReaxFF MD模拟细节 | 第90-91页 |
| 4.1.2 基于GPU的ReaxFF MD模拟煤热解的精度确定 | 第91-92页 |
| 4.1.3 ReaxFF MD模拟结果的化学反应机理分析和3D可视化——VARxMD | 第92-93页 |
| 4.2 煤热解的初始反应——桥键断裂及其演化规律 | 第93-106页 |
| 4.2.1 不同煤种在热解过程中桥键的断裂顺序 | 第94-99页 |
| 4.2.2 热解过程中不同煤种桥键断裂的演化规律 | 第99-106页 |
| 4.3 由ReaxFF MD模拟所获得的柳林烟煤和海拉尔褐煤热解总体行为 | 第106-133页 |
| 4.3.1 煤热解的主要产物分布 | 第106-109页 |
| 4.3.2 煤热解过程中焦炭C_(40+)的行为 | 第109-114页 |
| 4.3.2.1 焦炭C_(40+)的组成及变化情况 | 第110-112页 |
| 4.3.2.2 焦炭C_(40+)的C、H、O元素组成及演化规律 | 第112-114页 |
| 4.3.3 煤热解过程中焦油的行为 | 第114-128页 |
| 4.3.3.1 焦油产物的分布和组成 | 第114-116页 |
| 4.3.3.2 焦油中C、H、O元素演化规律 | 第116-118页 |
| 4.3.3.3 焦油的质量分布 | 第118-120页 |
| 4.3.3.4 煤热解特定产物生成规律 | 第120-128页 |
| 4.3.4 煤热解过程中气体的行为 | 第128-133页 |
| 4.4 由VARxMD分析得到的煤热解的初始反应机理 | 第133-146页 |
| 4.4.1 不同煤种热解过程的初始反应总体概况 | 第134-138页 |
| 4.4.2 不同煤种热解过程的自由基反应机理 | 第138-142页 |
| 4.4.3 不同煤种热解过程的反应路径 | 第142-146页 |
| 4.5 ReaxFF MD模拟不同煤种煤热解过程的其它结果 | 第146-162页 |
| 4.5.1 不同煤种热解过程的失重反应动力学 | 第146-149页 |
| 4.5.2 升温速率对不同煤种煤热解过程的影响 | 第149-157页 |
| 4.5.2.1 矢重升温反应动力学 | 第149-151页 |
| 4.5.2.2 升温速率对桥键断裂的影响 | 第151-154页 |
| 4.5.2.3 升温速率对热解产物的影响 | 第154-157页 |
| 4.5.3 湿度对煤热解行为的影响 | 第157-162页 |
| 4.5.3.1 产物分布的差异 | 第158-159页 |
| 4.5.3.2 水对煤热解反应的影响 | 第159-161页 |
| 4.5.3.3 水对动力学参数的影响 | 第161-162页 |
| 4.6 煤模型规模对ReaxFF MD模拟煤热解的影响 | 第162-168页 |
| 4.6.1 煤模型规模对物理性质的影响 | 第163-164页 |
| 4.6.2 煤模型规模对ReaxFF MD模拟煤热解产物的影响 | 第164-168页 |
| 4.7 柳林烟煤和海拉尔褐煤热解行为的相似与不同 | 第168-170页 |
| 4.8 本章小结 | 第170-174页 |
| 5 类煤物质纤维素热解的化学反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟 | 第174-194页 |
| 5.1 背景介绍 | 第174-175页 |
| 5.2 纤维素模型构建及模拟细节 | 第175-177页 |
| 5.3 Py-GC/MS实验及结果 | 第177页 |
| 5.4 ReaxFF MD模拟结果 | 第177-191页 |
| 5.4.1 纤维素热解的总体概况 | 第177-179页 |
| 5.4.2 纤维素热解的主要产物分布 | 第179-184页 |
| 5.4.3 模拟结果与Py-GC/MS实验比较 | 第184-187页 |
| 5.4.4 纤维素热解的机理分析 | 第187-191页 |
| 5.5 本章小结 | 第191-194页 |
| 6 总结和展望 | 第194-200页 |
| 6.1 主要成果与结论 | 第194-197页 |
| 6.2 应用展望 | 第197-200页 |
| 符号表 | 第200-204页 |
| 术语/缩略语 | 第204-208页 |
| 参考文献 | 第208-220页 |
| 个人简历及发表文章目录 | 第220-222页 |
| 致谢 | 第222-223页 |
