[发明专利]一种详细化学反应机理的简化方法

说明书

本发明涉及一种详细化学反应机理的简化方法，首先选择DRGEP方法，阈值从小到大设置进行多步简化，并对每一步得到的简化机理进行目标参数验证，观察目标参数是否满足初始设定的误差，若不再满足，则认为该方法简化已经彻底，并返回上一步得到的简化机理进行后续的简化；接下来选择DRG方法，简化过程和DRGEP一样，从小到大设置阈值进行多步简化，直到该方法简化彻底；最后交叉使用DRGEPSA和DRGSA两种方法进行深度简化。本发明的优点在于：本发明能够在保持精度的基础上最大的减少组分和基元反应，并能够很好地适用于不同规模的详细机理的简化。

技术领域

本发明涉及燃烧过程中的计算机数值模拟技术，特别涉及一种详细化学反应机理的简化方法。

背景技术

以往对燃烧现象的数值模拟往往只考虑单步或者几步化学反应，这导致该类数值模拟只能给出定性预测。目前，燃烧研究的发展趋势是从定性预测转变到定量预测。为了实现定量预测，燃烧数值模拟中必须包含详细化学反应机理。然而，详细化学反应机理的引入会给燃烧数值模拟带来巨大的计算量，于是简化机理的构建成为了解决这个问题的关键。

目前，直接关系图法（DRG）及其衍生方法包括：基于误差传播的直接关系图法（DRGEP）、基于敏感性分析的直接关系图法（DRGASA）、基于误差传播和敏感性分析的直接关系图法（DRGEPSA）在对详细机理进行简化时，因为其计算成本不高且能在保持精度的基础上大幅度减少组分和基元反应步数，所以得到了广泛的应用。

但前人在使用DRGEP和DRG方法时，阈值的选取绝大部分研究人员都是基于一种简化方法选取一个阈值进行一次简化，例如：Kyle E. Niemeyer等人采用DRGEPSA方法将正庚烷的详细机理进行简化，DRGEP阈值选取10^-4；Keyvan Bahlouli，R. Khoshbakhti Saray，Ugur Atikol采用DRGEP-PCA二阶机理简化方法对正庚烷详细机理简化时，DRGEP阈值选取10^-5，PCA阈值选取10-³；姚春德，韩国鹏等人采用DRG柴油/甲醇高温氧化机理进行初步简化时，DRG取阈值0.01。这种基于一种机理简化方法并选取一个阈值进行一次简化虽然可以在保持精度的条件下对详细机理进行简化，但是简化并不彻底，即得到的组分和基元反应依然可以在保持精度的情况下进行删减，在进行一次简化后，适当扩大阈值进行第二次简化，可以在保持精度的基础上再一次实现组分和基元反应的消除，例如Lu T和 Law C K在对Currn正庚烷详细机理（超过500组分）初步机理简化中采用DRG方法，第一次阈值选取0.1得到290个组分的简化机理，第二次选取阈值0.19得到188组分939步基元反应的骨架机理，最大点火延迟时间在初始设定的相对误差30%以内。而且从前人的研究工作中发现利用较小的阈值进行多次简化比利用一个较大的阈值进行一次简化得到的简化机理更加精确。

在使用机理简化方法时，一种简化方法识别冗余组分和基元反应的能力有限，在充分消除冗余组分和基元反应后，存在无论阈值如何选取都不能在保持精度的条件下继续减少组分和基元反应的问题。从Keyvan Bahlouli等人的研究工作中发现，交叉使用不同的简化方法可以更大程度地减少组分和基元反应，Keyvan Bahlouli分别使用DRGEP、DRGEP-CSP、DRGEP-CSP-DRGEP三种方法对正庚烷的详细机理进行简化，分别得到135组分509步基元反应、135组分370步基元反应和118组分330步基元反应的简化机理，并且精度都满足初始设定的相对误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效彻底的对详细机理进行简化且使得到的简化机理更加精确的详细化学反应机理的简化方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种详细化学反应机理的简化方法，其创新点在于：所述简化方法包括如下步骤：

S1：将详细化学反应机理带入反应器进行计算，得到详细化学反应机理的目标参数，并初始设定目标参数的误差；