[发明专利]一种面向高碳燃料化学反应动力学机理的简化方法

说明书

本发明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‑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。本发明实用性和功能性强，可广泛应用于能源动力工程技术领域。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

因此，一种综合的燃料燃烧机理简化方法有待提出。

发明内容

针对以上问题，本发明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。

本发明提供的技术方案为：

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。

进一步地，

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，式中：

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：

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；