[發明專利]一種詳細化學反應機理的簡化方法

在審

• 申請號: 202010042330.2
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111276192A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 肖民;劉玉坪;黃志偉;劉松嶺
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學;江蘇科技大學海洋裝備研究院
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙) 11316
• 代理人: 萬小俠

本發明涉及一種詳細化學反應機理的簡化方法，首先選擇DRGEP方法，閾值從小到大設置進行多步簡化，并對每一步得到的簡化機理進行目標參數驗證，觀察目標參數是否滿足初始設定的誤差，若不再滿足，則認為該方法簡化已經徹底，并返回上一步得到的簡化機理進行后續的簡化；接下來選擇DRG方法，簡化過程和DRGEP一樣，從小到大設置閾值進行多步簡化，直到該方法簡化徹底；最后交叉使用DRGEPSA和DRGSA兩種方法進行深度簡化。本發明的優點在于：本發明能夠在保持精度的基礎上最大的減少組分和基元反應，并能夠很好地適用于不同規模的詳細機理的簡化。

技術領域

本發明涉及燃燒過程中的計算機數值模擬技術，特別涉及一種詳細化學反應機理的簡化方法。

背景技術

以往對燃燒現象的數值模擬往往只考慮單步或者幾步化學反應，這導致該類數值模擬只能給出定性預測。目前，燃燒研究的發展趨勢是從定性預測轉變到定量預測。為了實現定量預測，燃燒數值模擬中必須包含詳細化學反應機理。然而，詳細化學反應機理的引入會給燃燒數值模擬帶來巨大的計算量，于是簡化機理的構建成為了解決這個問題的關鍵。

目前，直接關系圖法（DRG）及其衍生方法包括：基于誤差傳播的直接關系圖法（DRGEP）、基于敏感性分析的直接關系圖法（DRGASA）、基于誤差傳播和敏感性分析的直接關系圖法（DRGEPSA）在對詳細機理進行簡化時，因為其計算成本不高且能在保持精度的基礎上大幅度減少組分和基元反應步數，所以得到了廣泛的應用。

但前人在使用DRGEP和DRG方法時，閾值的選取絕大部分研究人員都是基于一種簡化方法選取一個閾值進行一次簡化，例如：Kyle E. Niemeyer等人采用DRGEPSA方法將正庚烷的詳細機理進行簡化，DRGEP閾值選取10^-4；Keyvan Bahlouli，R. Khoshbakhti Saray，Ugur Atikol采用DRGEP-PCA二階機理簡化方法對正庚烷詳細機理簡化時，DRGEP閾值選取10^-5，PCA閾值選取10-³；姚春德，韓國鵬等人采用DRG柴油/甲醇高溫氧化機理進行初步簡化時，DRG取閾值0.01。這種基于一種機理簡化方法并選取一個閾值進行一次簡化雖然可以在保持精度的條件下對詳細機理進行簡化，但是簡化并不徹底，即得到的組分和基元反應依然可以在保持精度的情況下進行刪減，在進行一次簡化后，適當擴大閾值進行第二次簡化，可以在保持精度的基礎上再一次實現組分和基元反應的消除，例如Lu T和 Law C K在對Currn正庚烷詳細機理（超過500組分）初步機理簡化中采用DRG方法，第一次閾值選取0.1得到290個組分的簡化機理，第二次選取閾值0.19得到188組分939步基元反應的骨架機理，最大點火延遲時間在初始設定的相對誤差30%以內。而且從前人的研究工作中發現利用較小的閾值進行多次簡化比利用一個較大的閾值進行一次簡化得到的簡化機理更加精確。

在使用機理簡化方法時，一種簡化方法識別冗余組分和基元反應的能力有限，在充分消除冗余組分和基元反應后，存在無論閾值如何選取都不能在保持精度的條件下繼續減少組分和基元反應的問題。從Keyvan Bahlouli等人的研究工作中發現，交叉使用不同的簡化方法可以更大程度地減少組分和基元反應，Keyvan Bahlouli分別使用DRGEP、DRGEP-CSP、DRGEP-CSP-DRGEP三種方法對正庚烷的詳細機理進行簡化，分別得到135組分509步基元反應、135組分370步基元反應和118組分330步基元反應的簡化機理，并且精度都滿足初始設定的相對誤差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠有效徹底的對詳細機理進行簡化且使得到的簡化機理更加精確的詳細化學反應機理的簡化方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種詳細化學反應機理的簡化方法，其創新點在于：所述簡化方法包括如下步驟：

S1：將詳細化學反應機理帶入反應器進行計算，得到詳細化學反應機理的目標參數，并初始設定目標參數的誤差；