Reduction of the reaction mechanism using method of “engaging”
In this paper we present the new method for reduction of complicated chemical reaction mechanisms - method of “engaging”. This method is a variant of methods of reaction rate analysis. The method of “engaging” was introduced into the invariant code for well stirred reactor (RIS). The “H2S + air” mixture was chosen for testing of this method. The full kinetic mechanism for this mixture contains 25 species and 118 reactions. The calculations were carried out at various index of reduction and were obtained a several reduced mechanisms. Was shown, that is possible to reduce number reactions (more in 4 times) and species (more than in 2 times) for prediction the power characteristics of burning. The developed method of “engaging” does not require additional calculations and automatically create the reduced S-mechanism in parallel with usual calculations of burning in reactor.
В настоящей работе для сокращения сложного механизма химических реакций предлагается метод “зацепления”, являющийся вариантом метода анализа скоростей реакций. Метод “зацепления” был внедрен в инвариантную программу расчета реактора идеального смешения (RIS) и для его апробации была выбрана реагирующая смесь типа “H2S + воздух”, полный механизм горения которой, содержит 25 веществ и 118 реакций. Расчеты проводились при различных показателях сокращения механизма и был получен ряд сокращенных механизмов, отвечающих различным поставленным задачам. Было показано, что для прогнозирования энергетических характеристик горения можно существенно сократить число учитываемых реакций (более чем в 4 раза) и веществ (более чем в 2 раза). Разработанный метод “зацепления” и программное обеспечение практически не требуют дополнительных расчетов и автоматически формируют сокращенный S-механизм параллельно с обычным расчетом процессов горения в реакторе.
1. Kee R.J., Rupley F.M., Meeks E., Miller J.A. CHEMKIN: A Software Package for the Analysis of Gas-phase Chemical and Plasma Kinetics. Sandia National Laboratories Report SAND96-8216, CA, 2000.
2. 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.
3. Давлетшин Р.Ф., Яценко О.В. КИНКАТ – автоматизированная система разработки сложных радиационно-кинетических моделей. Мат. моделирование процессов управления и обработки информации: Межвед. сб. – М.: МФТИ, 1993. – С. 113-123.
4. Jones W.P. and Lindstedt R.P., Global Reaction Schemes for Hydrocarbon Combustion. Combustion and Flame, Vol. 73, pp.233-242, 1988.
5. Lindstedt R.P. and Maurice, L.Q. Detailed Chemical –Kinetic Model for Aviation Fuels. Journal of Propulsion and Power, Vol. 16, No 2, pp. 187-195. 2000.
6. Blom J.G. and Verwer J.G., A Comparison of Integration Methods for Atmospheric Transport-Chemistry Problems. Journal of Computational and Applied Mathematics, No 126, pp. 381-396, 2000.
7. Гидаспов В.Ю., Иванов И.Э., Кpюков И.А., Стрельцов В.Ю. Численное исследование физико-химических процессов в высокоскоростных потоках, Тезисы докладов V Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях NPNJ-2004, Самара, 5-10 июля 2004 г., М.: Вузовская книга, 2004, 67-68.
8. Peters N., and Kee R.J., The computation of stretched laminar methane-air diffusion flames using a reduced four-step mechanism. Combustion and Flame, Vol. 68, pp. 17-29, 1987.
9. Glaude P.A., Battin-Leclerc F., Fournet R., Warth V., Come G.M., Scacchi G. Construction and simplification of a model for the oxidation of alkanes. Combustion and Flame, Vol. 122, pp. 451-462, 2000.
10. Tianfeng Lu, Yiguang Ju, Chung K. Law. Complex CSP for chemistry reduction and analysis. Combustion and Flame, Vol. 126, pp. 1445-1455, 2001.
11. Lam S.H., Goussis D.A. The CSP method for simplifying kinetics. International Journal of Chemical kinetics, Vol. 26, pp. 461, 1994.
12. Maas U., and Pope S.B. Simplifying chemical kinetics: Intrinsic low-dimensional manifolds in composition space. Combustion and Flame, Vol. 88, Issue 3-4, pp. 239-264, 1992.
13. Eggels R.L., Goey L.P.H., Mathematically reduced reaction mechanisms applied to adiabatic flat hydrogen/air flames. Combustion and Flame, Vol. 100, pp. 559, 1995.
14. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1967, 491 с.
15. Эмануель Н. М., Кнорре Д.Г., Курс химической кинетики, М.: Высшая школа, 1969, 432 с.
16. Kalamatianos S., Park Y.K., Vlachos D.G. Two-Parameter Continuation Algorithms for Sensitivity Analysis, Parametric Dependence, Reduced Mechanisms, and Stability Criteria of Ignition and Extrinction. Combustion and Flame, Vol. 112, pp. 45-61, 1998.
17. Никандрова М.В., Крюков В.Г., Исхакова Р.Л. Аналитическое определение коэффициентов чувствительности реакций для условий реактора идеального смешения. Эл. журнал: Физико-химическая кинетика в газовой динамике, т.4, 2006.
18. LEEDS - Reaction Kinetics Database. School of Chemistry, University of Leeds, 2004.
