[發明專利]一種基于模擬退火算法的可燃物熱解動力學參數計算方法

有效

• 申請號: 202010172295.6
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111462831B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 丁彥銘;張文龍;毛少華;張娟;張雪婷
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 付春霞

本發明公開了一種基于模擬退火算法的可燃物熱解動力學參數計算方法，包括：首先，利用等轉化率法求取可燃材料熱解的活化能值E和指前因子A；其次，利用主曲線法確定反應機理函數g(α)，再確定需要優化的可燃材料熱解的動力學參數及其范圍；最后，利用模擬退火算法在設定的范圍內對反應級數n、活化能值E、指前因子A和炭的生成率v進行優化計算，在全局最優時輸出計算結果。本發明降低了求解可燃材料熱解動力學參數的難度，縮短了確定可燃材料熱解反應機理函數的時間；簡化了確定可燃材料熱解最有可能的反應機理函數的過程；模擬值能夠反映出可燃材料真實的熱解過程；解決傳統熱解計算方法不能求出炭的生成率v的問題。

技術領域

本發明涉及一種基于模擬退火算法的可燃物熱解動力學參數計算方法，具體涉及可燃材料熱解動力學參數的求解和優化，通過編寫模擬退火算法(SA)腳本主程序并設置算法參數，運行SA腳本主程序，迭代計算，搜索各參數最優解和偏差度，屬于可燃材料熱解動力學參數求解及優化領域。

背景技術

可燃固體材料存在于人們生活的各個方面，它們大多是復雜的高聚物，滿足人們的居住、出行、日用等各種需求，為人們帶來了極大的便利。但它們在給人們帶來便利的同時，也引起了一系列的火災事故。如澳大利亞的森林火災已經延續了幾個月，極大地破壞了生態和環境，造成野生動物的大量死亡和當地居民的人身傷亡及財產損失；2019年12月至2020年1月，重慶和遼寧兩地發生居民樓火災事故，大火從底層蔓延到高層，造成了較大的經濟損失。類似的火災事故已經嚴重威脅到居民的人身安全。這些火災在燃燒時，其固體材料熱解產生了大量的可燃氣體產物來支持繼續燃燒。因此，熱解是影響火災的重要因素，非常有必要研究可燃固體材料的熱解。但是，熱解分析過程中，影響熱解的參數如熱解反應機理函數、活化能、指前因子、炭生成率等并不能根據傳統的熱解分析方法計算輕易得到。即使得到這些參數，這些參數也并不能完全的表現出可燃固體的熱解過程。

可燃固體材料的熱解反應機理復雜。目前，熱解反應機理函數求解是單一的模型匹配方法，匹配的反應機理模型函數可能并不能完全適用于實際的熱解反應中。因此，必須在實驗數據的基礎上，在求解可燃材料的熱解動力學參數和反應機理函數之后，對其進行優化。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的缺陷，提供一種基于模擬退火算法的可燃物熱解動力學參數計算方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于模擬退火算法的可燃物熱解動力學參數計算方法，包括以下步驟：

S1、基于熱解曲線的可燃物熱解反應公式：固體→v×炭+(1-v)×揮發物，v為炭生成率，采用等轉化率法求解得到活化能E；其中，等轉化率法的計算公式為：

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

當前，首先根據與1/T之間的比例關系得到直線斜率，其次，基于得到的直線斜率進行可燃物熱解的活化能值E計算；最后，再將求解得到的活化能值E帶入等轉化率法的計算公式中，得到指前因子A；

S2、采用主曲線方法確定反應機理函數g(α)，計算公式為：

其中，α表示轉化率，x_0.5＝E/R*T_0.5，T_0.5表示轉化率為0.5時對應的絕對溫度，g(α)表示可燃物熱解的反應機理函數，g(α_0.5)表示轉化率為0.5時對應的可燃物熱解的反應機理函數；P(x)的表達式為：

P(x_0.5)表示轉化率為0.5時對應的計算值；