[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于模擬退火算法的可燃物熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010172295.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111462831B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁彥銘;張文龍;毛少華;張娟;張雪婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類(lèi)號(hào): G16C20/10
• 分類(lèi)號(hào): G16C20/10
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 付春霞

1.一種基于模擬退火算法的可燃物熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將可燃物進(jìn)行熱解，然后基于熱解曲線的可燃物熱解反應(yīng)公式：固體→v×炭+(1-v)×揮發(fā)物，v為炭生成率，采用等轉(zhuǎn)化率法求解得到活化能E；其中，等轉(zhuǎn)化率法的計(jì)算公式為：

其中，E為活化能值，A為指前因子，參數(shù)E和A均為待求解參數(shù)；R為普適氣體常數(shù)，β為升溫速率，T為絕對(duì)溫度，參數(shù)R、β和T均為已知參數(shù)；

當(dāng)前，首先根據(jù)與1/T之間的比例關(guān)系得到直線斜率，其次，基于得到的直線斜率進(jìn)行可燃物熱解的活化能值E計(jì)算；最后，再將求解得到的活化能值E帶入等轉(zhuǎn)化率法的計(jì)算公式中，得到指前因子A；

S2、采用主曲線方法確定反應(yīng)機(jī)理函數(shù)g(α)，計(jì)算公式為：

其中，α表示轉(zhuǎn)化率，x0.5＝E/R*T_0.5，T_0.5表示轉(zhuǎn)化率為0.5時(shí)對(duì)應(yīng)的絕對(duì)溫度，g(α)表示可燃物熱解的反應(yīng)機(jī)理函數(shù)，g(α_0.5)表示轉(zhuǎn)化率為0.5時(shí)對(duì)應(yīng)的可燃物熱解的反應(yīng)機(jī)理函數(shù)；P(x)的表達(dá)式為：

P(x_0.5)表示轉(zhuǎn)化率為0.5時(shí)對(duì)應(yīng)的計(jì)算值；

S3、將步驟S1計(jì)算得到的活化能值E和指前因子A分別上、下各自浮動(dòng)一定百分比，分別得到活化能值E和指前因子A的尋優(yōu)范圍；再將炭生成率v的尋優(yōu)范圍設(shè)置為(h，j)其中，h，j的取值范圍均大于等于0且小于等于1；確定尋優(yōu)過(guò)程中的反應(yīng)級(jí)數(shù)n，其中，n是通過(guò)對(duì)反應(yīng)機(jī)理函數(shù)g(α)進(jìn)行微分所得到反應(yīng)機(jī)理微分函數(shù)f(α)進(jìn)一步確定得到，且對(duì)參數(shù)n上、下各自浮動(dòng)一定百分比得到反應(yīng)級(jí)數(shù)n的尋優(yōu)范圍；上下各自浮動(dòng)一定百分比是指上下各自浮動(dòng)50％；炭生成率v的尋優(yōu)范圍設(shè)置為(0.05，0.95)；

S4、在步驟S3確定的尋優(yōu)范圍的基礎(chǔ)上，采用模擬退火算法對(duì)反應(yīng)級(jí)數(shù)n、活化能值E、指前因子A和炭生成率v進(jìn)行優(yōu)化，并在得到全局最優(yōu)解時(shí)，輸出轉(zhuǎn)化率α、轉(zhuǎn)化速率dα/dt、質(zhì)量損失m/m₀以及質(zhì)量損失速率d(m/m₀)/dt，從而完成可燃物熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算；其中，在優(yōu)化過(guò)程中，輸出轉(zhuǎn)化率α、轉(zhuǎn)化速率dα/dt、質(zhì)量損失m/m₀以及質(zhì)量損失速率d(m/m₀)/dt的迭代更新公式如下：

α_i＝α_i-1+(dα/dt)_i-1×(t_i-t_i-1)；

dα/dt＝Af(α)exp(-E/RT)；

(m/m₀)_i＝1-α_i×(1-v)；

(d(m/m₀)/dt)_i＝((m/m₀)_i-(m/m₀)_i-1)/(t_i-t_i-1)；

其中，t表示時(shí)間，m、m₀表示炭化可燃物熱解瞬時(shí)質(zhì)量和初始質(zhì)量，i表示更新迭代次數(shù)；

在利用模擬退火算法對(duì)反應(yīng)級(jí)數(shù)n、活化能值E、指前因子A和炭生成率v進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，基于上述參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)度函數(shù)值的計(jì)算公式為：

其中，φ_m、φ_mlr、φ_α和φ_dα/dt分別表示質(zhì)量損失、質(zhì)量損失速率、轉(zhuǎn)化率、轉(zhuǎn)化速率的目標(biāo)函數(shù)；N表示實(shí)驗(yàn)次數(shù)；n表示每次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；CML_mod、CML_exp表示累積質(zhì)量損失的模擬值和實(shí)驗(yàn)值；MLR_mod、MLR_exp表示質(zhì)量損失速率的模擬值和實(shí)驗(yàn)值；α_mod，α_exp表示轉(zhuǎn)化率的模擬值和實(shí)驗(yàn)值；dα/dt_mod、dα/dt_exp表示轉(zhuǎn)化速率的模擬值和實(shí)驗(yàn)值；w_CML、w_MLR、w_α、w_dα/dt表示質(zhì)量損失、質(zhì)量損失速率、轉(zhuǎn)化率、轉(zhuǎn)化速率的權(quán)重系數(shù)；

轉(zhuǎn)化速率dα/dt_exp的實(shí)驗(yàn)值是通過(guò)步驟S1中利用等轉(zhuǎn)化率法計(jì)算得到的指前因子A和活化能E計(jì)算得到，計(jì)算公式為：dα/dt＝Af(α)exp(-E/RT)；

累積質(zhì)量損失的實(shí)驗(yàn)值的計(jì)算公式為：CML_exp＝m_t/m₀；

質(zhì)量損失速率的實(shí)驗(yàn)值的計(jì)算公式為：

MLR_exp＝d(m/m₀)/dt＝((m/m₀)_i-(m/m₀)_i-1)/(t_i-t_i-1)；

轉(zhuǎn)化率的實(shí)驗(yàn)值的計(jì)算公式為：

其中，m_t表示樣品反應(yīng)瞬時(shí)的質(zhì)量，m₀表示樣品的初始質(zhì)量，m_∞表示樣品的最終質(zhì)量；t表示時(shí)間，i表示迭代次數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可燃物熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于，步驟S1中，在可燃物熱解反應(yīng)機(jī)理未知的情況下，在不同的升溫速率下取求活化能值E的平均數(shù)，將求得的平均值帶入等轉(zhuǎn)化率計(jì)算公式中求解指前因子A。