本发明属于直流断路器中产气材料模拟热解，具体涉及一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法及系统。
背景技术：
1、在新能源电网的运行过程中，直流断路器承担着开断电力系统某些元件的作用。产气材料作为直流断路器灭弧的核心部件，在开断过程中起着极为重要的作用。因此对产气材料灭弧机理的分析迫在眉睫。
2、产气材料在电弧作用下快速分解，产生大量气体，这些气体有助于冷却电弧并增加灭弧室内的压力，从而促进电弧的熄灭。聚酰胺(polyamides，简称pa)，也被称为尼龙，是一类具有广泛用途的合成高分子材料，pa66、pa46和pa6是其中几种常见的聚酰胺类型。目前，pa66、pa6、pa46材料在灭弧方面有着不错的效果。为了探究这些材料的灭弧原理，许多研究人员通过实验对这些材料进行了热分解的实验，并得到了非常不错的结果。然而，实验只能在宏观层面对一系列现象进行解释，在微观层面并不能很好地解释其机理。
3、为了在微观层面对灭弧的反应机理进行解释，需要从分子动力学和量子力学方面入手。然而，传统的分子动力学基于牛顿力学计算原子间的作用力，但是无法对反应中键的断裂和形成进行表述；而基于量子力学的dft计算由于计算开销大，无法适用于1000原子以上的大分子体系模拟，因此这两个方面都不能对产气材料进行模拟计算。
4、经过调研发现，反应分子动力学方法通过模拟原子和分子在时间和空间上的运动来研究化学反应的动态过程。这种方法结合了经典力学原理和量子力学原理，可以详细描述分子层面上的化学反应机制。reaxff(reactive force field)是一种先进的分子力场，它允许在分子动力学模拟中连续地模拟化学键的形成和断裂，可以精确地描述化学反应的动态过程。基于reaxff反应力场和lammps((large-scale atomic/molecular massivelyparallel simulator)是一个用于分子动力学模拟的开源软件)结合的方法，可以做到大规模原子体系的热解、氧化、催化等反应的模拟。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服上述问题，提供一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法及系统，能够为直流断路器产气材料热分解过程和模拟活化能提供全面的计算方式，更全面地理解产气材料的热分解机制。
2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、本发明提供一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法，包括以下步骤：
4、根据产气材料分子式确定起始构型，搭建产气材料分子动力学模型；
5、根据模拟体系利用反应力场分子动力学reaxff-md方法对分子动力学模型进行模拟计算，得到产气材料模拟数据；
6、对产气材料模拟数据进行分析，得到热解产物的种类、数量和生成的路径；
7、结合热重分析tg实验对产气材料模拟数据进行热解动力学分析，得到产气材料热解的分解速率、产气材料模拟数据的活化能和焦油及焦炭的含量。
8、本发明进一步的改进在于，所述搭建产气材料分子动力学模型时，构建外界体系和能量最小化，并对整个体系进行弛豫。
9、本发明进一步的改进在于，所述对分子动力学模型进行模拟计算的具体方法是根据构建的模拟体系选用适当力场，并设置模拟初始条件和模拟参数，设置完成后，运行模拟软件，进行分子动力学模拟。
10、本发明进一步的改进在于，所述模拟参数为时间步长、模拟时间、温度和压力。
11、本发明进一步的改进在于，所述对产气材料模拟数据进行分析包括对产物数量及种类分析和断键文件分析，通过产物数量及种类分析对产气材料模拟数据进行活化能参数分析和焦油及焦炭的产物分析。
12、本发明进一步的改进在于，所述对产物数量及种类分析，通过使用python脚本对包含产物种类的文件进行分析，然后使用origin软件进行画图分析。
13、本发明进一步的改进在于，所述对断键文件分析，通过在网页中使用reacnetgenerator工具对包含化学键相关的文件进行分析，并使用绘图软件进行绘图可视化，从而直观地看出结果。
14、本发明进一步的改进在于，所述热解动力学分析包括：
15、根据不同升温速率下的产物分解情况，分析产气材料热解的分解速率；
16、根据不同曲线中不同热解转化率，分析产气材料模拟数据的活化能；
17、根据焦油和焦炭的相关定义，分析不同温度和不同升温速率下焦油及焦炭的含量。
18、本发明进一步的改进在于，所述活化能e a分析通过arrhenius方程对数据进行拟合，
19、arrhenius方程如下所示：
20、
21、式中：k为反应速率常数；a为指前因子，r为气体常数；t为热力学温度；
22、然后通过对每个温度的k进行拟合，取每个温度下的k来通过arrhenius方程拟合活化能；通过热重实验，使用flynn-wall-ozawa法对热分析的结果进行动力学计算，得到产气材料的热分解反应表观活化能，
23、flynn-wall-ozawa(fwo)法公式如下所示：
24、
25、式中：a为分解转化率；t为温度；a为指前因子；β为升温速率；e a为活化能；g(a)为反应机理函数；r为气体常数，其值为8.314j/(k·mol)。
26、本发明还提供一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟系统，包括以下模块：
27、搭建模型模块，用于根据产气材料分子式确定起始构型，搭建产气材料分子动力学模型；
28、模拟计算模块，用于根据模拟体系利用反应力场分子动力学reaxff-md方法对分子动力学模型进行模拟计算，得到产气材料模拟数据；
29、数据分析模块，用于对产气材料模拟数据进行分析，得到得到热解产物的种类、数量和生成路径；
30、动力学分析模块，用于结合热重分析tg实验对产气材料模拟数据进行热解动力学分析，得到产气材料热解的分解速率、产气材料模拟数据的活化能和焦油及焦炭的含量。
31、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
32、本发明通过根据产气材料分子式确定起始构型，搭建产气材料分子动力学模型，并利用反应力场分子动力学reaxff-md方法对其进行模拟计算，这种计算方法能够模拟出传统物理实验中难以直接观测到的分子级热解反应细节，而且建立的分子动力学模型能够适应多种工程塑料，普适性强、效果良好；通过对产气材料模拟数据进行细致分析，为产气材料热分解过程和模拟活化能提供更为全面的计算方式和更准确的数据，能够更全面地理解产气材料的热分解机制。
1.一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述搭建产气材料分子动力学模型时，构建外界体系和能量最小化，并对整个体系进行弛豫。
3.根据权利要求1所述的一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述对分子动力学模型进行模拟计算的具体方法是根据构建的模拟体系选用适当力场，并设置模拟初始条件和模拟参数，设置完成后，运行模拟软件，进行分子动力学模拟。
4.根据权利要求3所述的一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述模拟参数为时间步长、模拟时间、温度和压力。
5.根据权利要求1所述的一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述对产气材料模拟数据进行分析包括对产物数量及种类分析和断键文件分析，通过产物数量及种类分析对产气材料模拟数据进行活化能参数分析和焦油及焦炭的产物分析。
6.根据权利要求5所述的一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述对产物数量及种类分析，通过使用python脚本对包含产物种类的文件进行分析，然后使用origin软件进行画图分析。
7.根据权利要求5所述的一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述对断键文件分析，通过在网页中使用reacnetgenerator工具对包含化学键相关的文件进行分析，并使用绘图软件进行绘图可视化，从而直观地看出结果。
8.根据权利要求1所述的一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述热解动力学分析包括：
9.根据权利要求8所述的一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述活化能e a分析通过arrhenius方程对数据进行拟合，
10.一种直流断路器产气材料热解机理的分子动力学模拟系统，其特征在于，包括以下模块：
