Analytical computation of sensitivity coefficients of reaction under well-stirred reactor conditions
In present paper Well-Stirred Reactor model is considered. This model is described by equations of chemical kinetic in exponential form. The new technique to calculate the sensitivity coefficients of the composition and temperature for gas-phase reacting systems with respect to the rate constants is offered. The method of spline-integration is used for the solution of the chemical kinetic equations. The brief description of the computer code RIS which is invariant with regards to reacting system is presented. It is shown that the analytical calculation of sensitivity coefficients requires smaller volume of calculations, than their numerical computation. The results of comparison between the “Aurora” code‘s (CHEMKIN) data and our calculations of sensitivity coefficients (RIS) for a “Н + О” reacting systems are presented. It is noted that data calculated from RIS are in good agreement with “Aurora” code’s data in spite of difference in models and structures of databases.
В работе рассматривается модель реактора идеального смешения, представленная уравнениями химической кинетики в экпоненциальной форме. Предлагается новая техника определения коэффициентов чувствительности состава и температуры реагирующей газофазной смеси по отношению к константам скорости реакций. Для решения системы уравнений химической кинетики используется метод сплайн-интегрирования. Дано краткое описание программы расчета RIS, которая является инвариантной относительно типа реагирующей системы. Показано, что аналитическое вычисление коэффициентов чувствительности требует меньшего объема вычислений, чем их численное определение. Представлено сравнение коэффициентов чувствительности, полученных по программе RIS, с данными программы “Aurora” (CHEMKIN), выполненное для реагирующей среды “Н + О”. Несмотря на различия между моделями и структурами баз данных, отмечается высокая степень совпадения результатов, полученных по обеим программам.
1. R.P. Lindstedt and L.Q. Maurice, “Detailed Chemical Kinetic Model for Aviation Fuels”, Journal of Propulsion and Power, Vol. 16, No 2, pp. 187-195, 2000.
2. Эмануель Н. М., Кнорре Д.Г., Курс химической кинетики, М.: Высшая школа, 1969, 432 с.
3. Кондратьев В.Н., Константы скорости газофазных реакций. Справочник, М.,Наука,1974, 512 стр.
4. Физико-химические процессы в газовой динамике. Компьютеризированный справочник в 3-х томах, Т.1:Динамика физико-химических процессов в газе и плазме. Под ред. Черного Г.Г., Лосева С.А., Москва, Изд. МГУ, 1995, 350 стр.
5. P. Glarborg, J.A. Miller, R.J. Kee “Kinetic Modeling and Sensitivity Analysis of Nitrogen Oxide Formation in Well-Stirred Reactors”, Combustion and Flame, 65, pp.177-202, 1986.
6. E.S. Oran and J.P. Boris, “Numerical Simulation of Reactive Flow”, Ed. Elsevier, New York, 1987.
7. H. Rabitz, M. Kramer, D. Dacol, “Sensitivity Analysis in Chemical Kinetics”, Ann. Rev. Phys. Chem., 34, pp. 419-461, 1983.
8. R.J. Kee, F.M. Rupley, E. Meeks and J.A. Miller, “CHEMKIN: A Software package for the analysis of gas-phase chemical and plasma kinetics”, Sandia National Laboratories Report SAND96-8216, CA, 2000.
9. M.U. Alzueta, R. Bilbao, Glarborg P., “Inhibition and Sensitization of Fuel Oxxidation by SO2”, Combustion and Flame, 127, pp. 2234-2251, 2001.
10. Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука, 1978, 515 с.
11. Крюков В.Г., Наумов В.И., Абдуллин А.Л., Демин А. В., Тринос Т.В. “Горение и течение в агрегатах энергоустановок. Москва, Янус-К, 304 стр., 1997.
12. В. E. Алемасов, A. Ф. Дрегалин, A. П. Тишин, Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справочник Т.1, ВИНИТИ, Москва, 1971.
13. S. Gordon, B.J. McBride, NASA SP-273 Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions, Rocket Performance, Incident and Reflected Shocks and Chapman-Jouguet Detonations, NASA, Washington, 245p., 1971.
14. A. Durigon, V.G. Krioukov, J.C.R. Claeyssen, “Análise da integração das equações da cinética química com o uso dos autovalores do jacobiano”. In Proceedings of 25 Iberian Latin American Congress on Computational Methods in Engineering, Recife, V. 1, pp. 1-12, 2004.
15. Камзолов В.И., Пирумов У.Г., Расчет неравновесных течений в соплах. //Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, 1966, No 6, стр. 25-33.
16. Naumov V.I., Krioukov V.G., Abdullin A.L., 2003. Chemical kinetics software system for the propulsion and power engineering In. 41-st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reston. VA. American Institute of Aeronautics and Astronautics. Vol 1, pp.1-12.
