一種結(jié)合多代路徑通量分析與敏感性分析的機(jī)理簡化方法
【專利說明】一種結(jié)合多代路徑通量分析與敏感性分析的機(jī)理簡化方法
[0001] 2、所屬的技術(shù)領(lǐng)域：
[0002] 本發(fā)明涉及一種新型詳細(xì)化學(xué)動力學(xué)機(jī)理簡化方法（MPFASA方法），將兩種機(jī)理 簡化方法升級后聯(lián)合應(yīng)用，屬于燃燒數(shù)值模擬應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。 3、【背景技術(shù)】
[0003] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法已成為反應(yīng)流分析的重要手段之一，極大 地促進(jìn)了燃燒理論、新型燃燒器和新燃料技術(shù)的發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的精確定量預(yù)測， 必須在反應(yīng)流的數(shù)值模擬中引入詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理由基元組分和包 含基元組分的反應(yīng)構(gòu)成。隨著含碳燃料中碳原子數(shù)的增加，詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理中包含的組 分?jǐn)?shù)目和基元反應(yīng)數(shù)目也隨著快速增長，從而導(dǎo)致了數(shù)值模擬計(jì)算量的加大。為減小計(jì)算 量，有效的方法之一是發(fā)展精確的機(jī)理簡化方法。機(jī)理簡化的目的在于去除詳細(xì)化學(xué)反應(yīng) 機(jī)理中非重要組分，保留重要組分。機(jī)理尺寸越小，消耗的計(jì)算資源及計(jì)算時間越少，越有 利于進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。
[0004] 本發(fā)明所采用的機(jī)理簡化方法包括路徑通量分析和敏感性分析方法，其優(yōu)缺點(diǎn)總 結(jié)如下。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種結(jié)合多代路徑通量分析與敏感性分析的機(jī)理簡化方法，其特征在于使用如下步 驟： 第一步，將路徑通量分析簡化方法升級到多代路徑通量分析方法； 第二步，重新定義敏感性分析方法； 第=步，確定兩種方法的使用步驟。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合多代路徑通量分析與敏感性分析的機(jī)理簡化方法，其 特征在于第一步為；PFA方法假設(shè)組分A為預(yù)先選定組分，組分A的生成通量Pa和消耗通量 Ca可W通過式（1)和式（2)得到： Pa=E i = i，imax( v、iWi，0) (1) Ca=Ei=i，imax(-v、iWi，0)似 其中，是第i個反應(yīng)中組分A的化學(xué)當(dāng)量系數(shù)，為第i個反應(yīng)的凈反應(yīng)速率。I為總的基元反應(yīng)數(shù)目； 而組分B對組分A的相關(guān)系數(shù)定義為：
式中，Pab和CAB分別為組分B相對于組分A的生成相關(guān)系數(shù)和消耗相關(guān)系數(shù)。巧為系 數(shù)，當(dāng)B為第i個基元反應(yīng)的反應(yīng)物或生成物時，4為1，否則為0 ; 為了保證路徑通量的守恒，定義了一種組分之間的一代相關(guān)系數(shù)（通量份額）r置和 con-\st戸A這 :
在一代相關(guān)系數(shù)基礎(chǔ)上，考慮組分B與組分A通過第=種中間組分Mi形成的關(guān)聯(lián)性， 定義了組分間二代相關(guān)系數(shù)：
式（7)和式巧）中的求和是為了包含所有設(shè)及到組分A和組分B的路徑通量； 根據(jù)上述一代、二代組分相關(guān)系數(shù)的定義，對=代相關(guān)系數(shù)定義如下：
為了簡化起見，最終在S代PFA方法中只設(shè)定一個闊值e 而將組分B對組分A的 一代、二代、立代相關(guān)系數(shù)相加，最終得到一個總的相關(guān)系數(shù)，如下式所示：
(11) 由二代PFA、S代PFA關(guān)系系數(shù)的定義，可W定義任意代數(shù)PFA方法； 假設(shè)A為預(yù)選組分，當(dāng)r^〉e時，組分B與組分A禪合，對機(jī)理進(jìn)行簡化時需保留組分B;當(dāng)r^<e時，則認(rèn)為組分A和組分B不相禪合，不需保留組分B。 在進(jìn)行簡化詳細(xì)機(jī)理時首先選定預(yù)選組分，并W預(yù)選組分為基礎(chǔ)遍歷詳細(xì)機(jī)理中其它 所有的組分，相關(guān)系數(shù)大于設(shè)定闊值時該組分設(shè)定為有效；接著再W每一個有效組分為基 礎(chǔ)遍歷其它所有組分得到新的有效組分，直到?jīng)]有新的有效組分產(chǎn)生為止。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合多代路徑通量分析與敏感性分析的機(jī)理簡化方法，其 特征在于第二步為： 假設(shè)原機(jī)理在某一工況k下的特征參數(shù)為tk，去除組分A影響后機(jī)理的特征參數(shù)為tkA， 則組分A在k工況下的敏感性系數(shù)0kA為：
(12) 在不同工況下組分A的敏感性系數(shù)不同，因此W組分A在不同工況下的敏感性系數(shù)的 最大值為組分A對機(jī)理a的"最終敏感性系數(shù)"，如式（11)所示： 〇A=max(〇 化）〇2A! 〇3A......〇ka) ?？? 式（13)中，K是計(jì)算工況的數(shù)目； 當(dāng)確定原機(jī)理中所有組分的"最終敏感性系數(shù)"后，W此為依據(jù)確定組分的取舍。首先 確定兩個闊值：闊值e1，闊值e2;一個變化值A(chǔ); 闊值e1;簡化機(jī)理的特征參數(shù)與原機(jī)理的特征參數(shù)的最大誤差；若二者誤差大于此闊 值^1，則簡化機(jī)理不可接受； 闊值e2;判斷值。若某一組分的"最終敏感性系數(shù)"大于闊值。2,則其被保留；反之去 除；闊值。2可W在計(jì)算過程中更改； 變化值A(chǔ);闊值。2的減小量，若簡化機(jī)理的特征參數(shù)與詳細(xì)機(jī)理的特征參數(shù)值的最大 誤差大于設(shè)定的闊值^1，則必須減小闊值^2^保留更多的組分，每次迭代計(jì)算闊值e2減 小量為A。 由于"最終敏感性系數(shù)"是多種工況的合并值，因此在進(jìn)行簡化機(jī)理的特征參數(shù)測試 時，必須針對每一種工況進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算，若有一種工況不符合要求，則此簡化機(jī)理仍視為不 符合簡化精度要求。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合多代路徑通量分析與敏感性分析的機(jī)理簡化方法，第 一，運(yùn)用多代路徑通量分析方法將詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理簡化到本方法能簡化的最小尺度，得 到簡化機(jī)理a,簡化機(jī)理a相對于詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，精度保持良好，尺寸??；第二，運(yùn)用敏 感性分析方法繼續(xù)簡化前步得到的簡化機(jī)理a,得到更為簡化的簡化機(jī)理b;簡化機(jī)理b即 為最終的簡化機(jī)理，并能保持良好的精度。
【專利摘要】本發(fā)明將路徑通量分析方法升級，發(fā)展到多代路徑通量分析方法，以進(jìn)一步提高路徑通量分析方法的計(jì)算效率及計(jì)算精度。同時將路徑通量分析方法與敏感性分析方法耦合起來，充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，克服各自的缺點(diǎn)；精確、高效的完成詳細(xì)化學(xué)機(jī)理簡化過程，得到最大程度簡化的化學(xué)機(jī)理。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104850756
【申請?zhí)枴緾N201510298582
【發(fā)明人】茍小龍, 王衛(wèi)
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年6月3日