一种面向高碳燃料化学反应动力学机理的简化方法技术

本发明专利技术公开了一种面向高碳燃料化学反应动力学机理的简化方法，通过四种简化方法即DRG、DRGEP、r

【技术实现步骤摘要】
一种面向高碳燃料化学反应动力学机理的简化方法


[0001]本专利技术涉及能源动力工程领域，具体是指一种面向高碳燃料化学反应动力学机理的简化方法。

技术介绍

[0002]复杂系统内化学效应的准确预测是燃料的高效洁净利用及新型替代燃料开发和高性能燃烧器设计的有效手段，高精度、小尺寸反应机理是化学效应数值仿真的基础和关键。因此，框架简化是机理系统简化工作的重中之重，其简化效果直接决定了化学反应机理在工程上应用的可行性。前期工作表明，目前主流框架简化方法在简化效率和简化规模上已经取得了较好的成绩；但在框架简化方法更好地服务数值仿真应用方面还存在局限性。
[0003]针对不同类型的碳氢燃料化学反应机理简化时，机理对呈现出简化方法强烈的选择性。在实际燃料的化学反应机理简化，发现其点火时间与组分数目强烈的非线性特点，且在有效阈值内，二者选择的简化方法差异性显著，在不同尺寸的框架机理中，选择不同的简化方法。如汽油反应的简化中360
‑
375组分的框架机理中，revised
‑
DRG简化方法比较优越，而在250
‑
300组分的框架机理，机理对DRG简化方法的匹配度较好；对于航空煤油机理的简化来说，在80
‑
160组分的不同尺寸的框架机理中，其分别选择了DRG、revised
‑
DRG、DRGEP和PFA方法。
[0004]因此，一种综合的燃料燃烧机理简化方法有待提出。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提出了一种全面的评估高碳燃料化学反应机理的简化方法。
[0006]本专利技术提供的技术方案为：
[0007]一种面向高碳燃料化学反应动力学机理的简化方法，通过四种简化方法即DRG、DRGEP、r
‑
DRG以及PFA来分别计算反应物组分之间的相关性大小，而后消除四种简化方法在相关性系数上的数值量级的差异性，并保留相关性系数判断组分间耦合程度的能力，得到相关性系数占比；接着，对四种方法得到的计算结果进行处理，得到占比的变异系数，并计算四种简化方法的权重，最终得到组分间的耦合关系值，进而评判组分间的耦合程度。
[0008]进一步地，
[0009]1)DRG定义的组分A和B的相关性系数关系式：
[0010][0011]式中：为相关性系数，单位为1，ω
i
为第i个基元反应的净反应速率，单位为
mol/(m3·
s)，ν
A,i
为组分A在第i个基元反应的化学计量系数，单位为1，如果第i个基元反应包括组分B，则定义函数δ
B
＝1，反之为0；
[0012]2)DRGEP对组分间耦合关系的表达式定义为：
[0013]其中，式中：
[0014]为相关性系数，P
A
为组分A的总生成速率，C
A
为组分A的总消耗速率；并且，组分A不仅能够受组分B的影响，也可以通过第三组分S，并通过预定路径来影响A；而两组分之间的路径依赖系数被定义为如下形式：
[0015][0016]r
AB
＝max
p
(r
AB,p
)
ꢀꢀꢀ
(4)；
[0017]式中：S1＝A，Sn＝B，在DRGEP方法中r
AB
是组分之间相关性系数的最终表达式；
[0018]3)r
‑
DRG将DRG方法组分之间各基元反应影响系数的加和关系调整为寻求所有反应中最大相关性系数：
[0019][0020]式中：为各组分之间的相关性系数；
[0021]4)PFA方法中组分B对组分A的生成和消耗进行分离，并考虑了组分A和B通过组分M之间的间接相互影响，PFA方法中组分A和B之间的三级相互作用的表达式为：
[0022][0023]进一步地，采用i种简化思想对组分间的相关性进行计算，得到相关性系数由于要对四种计算结果进行综合考虑，本项目将通过下式进行处理，从而消除不同简化方法在相关性系数上的数值量级的差异性，同时保留相关性系数判断组分间耦合程度的能力：
[0024][0025]进一步地，在通过四种简化方法求解相关性系数时，即i＝4，此时，若燃料在m个工况下燃烧，那么第i种简化方法对其燃烧系统中组分间的相关性系数占比分数集F
i
如下：
[0026][0027]式中：为在第m个工况时，采用第i种简化方法所计算的组分之间的耦合关系值；在得到四种简化方法计算的占比分数集之后，通过下式对四种计算结果进行处理：
[0028][0029]式中：c
i
为第i种简化方法计算的占比分数集Fi的变异系数，单位为1，σi为其标准差，xi为平均值；此时，简化方法对组分相关性的权重W
i
可通过下式得到，单位为1：
[0030][0031]进一步地，在得到相关性系数的占比分数集的变异系数与权重之后，将继续计算两个组分j和k之间的耦合关系值
[0032][0033]组分j一般为目标组分，要计算组分k与j的关系值，在一个包含K个组分的反应体系中，需要计算在其计他K
‑
1个组分对目标组分j之间的关系，因此可以得到K
‑
1个耦合关系值：
[0034][0035]进一步地，对公式(12)中原始值进行处理，得到最终的组分间的耦合关系值为：
[0036][0037]进而通过V
jk
评判组分间的耦合程度。
[0038]进一步地，在简化方法中，加设初始目标组分选择、阈值步长设置、抽样点选取、搜索算法类型、评判标准对简化机理的影响，其中，得初始目标组分选择简化至关键自由基程度，阈值步长设置为10
‑1M～101M，抽样点选取时采用每个工况下选取8个时刻点进行计算，搜索算法类型中选取深度和广度两方面进行优先搜索。
[0039]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0040]通过采用本专利技术提供的方法对燃料燃烧化学反应机理进行简化，得出了组分之间的更加合理的耦合关系，从而为化学效应的仿真和工程奠定了基础，并为工程应用提供了可行性参考。
附图说明
[0041]图1是本专利技术实施过程流程关系图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。
[0043]在本专利技术中，以四种(不限制四种)成熟的简化DRG类方法为基础，在较宽范围参数内基于变异系数的思想综合多种简化计算模式，对详细机理中组分间的相关性进行全面地评估。本申请新的DRG类简化方法称为耦合直接关系图简化方法(Coupled DRG，简称c
‑
DRG)；并充分考虑燃料燃烧宏观特性和微观参数的有机统一，进而对简化机理的精度进行
定量评估。同时对综合简化方法的简化能力与原始单一简化方法进行比对，并对其简化机理的尺寸和保真度进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向高碳燃料化学反应动力学机理的简化方法，其特征在于，通过四种简化方法即DRG、DRGEP、r
‑
DRG以及PFA来分别计算反应物组分之间的相关性大小，而后消除四种简化方法在相关性系数上的数值量级的差异性，并保留相关性系数判断组分间耦合程度的能力，得到相关性系数占比；接着，对四种方法得到的计算结果进行处理，得到占比的变异系数，并计算四种简化方法的权重，最终得到组分间的耦合关系值，进而评判组分间的耦合程度。2.根据权利要求1所述的一种面向高碳燃料化学反应动力学机理的简化方法，其特征在于，1)DRG定义的组分A和B的相关性系数关系式：式中：为相关性系数，单位为1，ω
i
为第i个基元反应的净反应速率，单位为mol/(m3·
s)，ν
A,i
为组分A在第i个基元反应的化学计量系数，单位为1，如果第i个基元反应包括组分B，则定义函数δ
B
＝1，反之为0；2)DRGEP对组分间耦合关系的表达式定义为：其中，其中，为相关性系数，P
A
为组分A的总生成速率，单位为mol/(m3·
s)，C
A
为组分A的总消耗式中：速率，单位为mol/(m3·
s)；并且，组分A不仅能够受组分B的影响，也可以通过第三组分S，并通过预定路径来影响A；而两组分之间的路径依赖系数被定义为如下形式：两组分之间的路径依赖系数(Path
‑
dependent coefficient)被定义为如下形式：r
AB
＝max
p
(r
AB,p
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；式中：S1＝A，Sn＝B，在DRGEP方法中r
AB
是组分之间相关性系数的最终表达式；3)r
‑
DRG将DRG方法组分之间各基元反应影响系数的加和关系调整为寻求所有反应中最大相关性系数：式中：为各组分之间的相关性系数；4)PFA方法中组分B对组分A的生成和消耗进行分离，并考虑了组分A和B通过组分M之间

【专利技术属性】
技术研发人员：李树豪，文振华，方鹏亚，杨红普，郭霄，赵小飞，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：