一种构建化学反应机理的方法及系统与流程

本发明涉及化学反应动力学领域，具体为一种构建化学反应机理的方法。

背景技术：

1、计算流体力学(cfd)的数值模拟方法可以作为传统流体实验研究的补充甚至替代手段，数值模拟具有资源消耗少，实现过程可靠、方便、快捷等优点，在燃烧理论分析和技术开发过程中可以节约成本，获得部分实验尚无法准确测试的参数。

2、为了提高燃料的燃烧效率，降低燃烧的污染物排放，必须了解燃料燃烧过程中间产物的空间分布特性，通常采用cfd直接耦合化学反应机理的方法进行燃烧分析，从而获取燃烧中间产物的空间分布特性。然而，常见的燃料如汽油、柴油、天然气等成分复杂，主要由多种碳氢化合物组成，很难构建出能反映其真实物理和化学特性的模型。为了研究燃料的燃烧特性，需找到一种或者几种典型组分构成的模型燃料来更好地模拟实际燃料完成燃烧分析。

3、但是现有构建化学反应机理的方法普遍存在经验依赖性强、成本高、扩展性差等问题，大大制约了数值模拟在燃烧计算分析中的推广和应用。因此，有必要提出一种构建化学反应机理的方法，为复杂燃烧过程详细动力学分析提供一种新的构建化学反应机理的有效手段。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种构建化学反应机理的方法，采用实际燃料的一种或多种典型组分作为模型燃料替代实际燃料，利用反应路径分析法构建燃烧模拟的模型燃料化学反应机理，并通过试验数据对构建的化学反应机理进行有效性验证，获取燃料的燃烧特性。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种构建化学反应机理的方法，包括以下步骤：

4、步骤1、获取碳氢类目标燃料的物理化学特性；

5、步骤2、以目标燃料的物理化学特性为目标，选取多种典型燃料模拟目标燃料的物理化学特性；

6、步骤3、根据选取的典型燃料的基础化学反应机理，构建目标燃料的化学反应机理模型；

7、步骤4、获取多种典型燃料间的交叉化学反应机理，并将交叉化学反应机理增加至化学反应机理模型中，得到最终的化学反应机理模型；

8、步骤5、根据化学反应机理模型并结合化学反应路径分析法，构建目标燃料的化学反应机理。

9、优选的，步骤1中所述目标燃料的物理特性包括着火性能、凝点和密度；

10、所述目标燃料的化学特性包括化学组分以及各组分的质量分数。

11、优选的，步骤2中选取典型燃料的方法如下：

12、对目标燃料的各组分的质量分数进行排序，选取序列中靠前的若干个组分，根据选取的组分的燃烧特性，获取与其燃烧特性最接近的典型燃料。

13、优选的，步骤3根据目标燃料各组分的质量分数设计多种典型燃料混合比例，并结合各典型燃料的基础化学反应机理，构建目标燃料的化学反应机理模型。

14、优选的，步骤4中，在目标燃料的化学反应机理模型中增加典型燃料的污染物生成机理，用于生成目标燃料的污染物排放特性。

15、优选的，所述污染物生成机理包括各典型燃料的污染物反应机理，以及污染物组分以及质量分数。

16、优选的，还包括以下步骤：

17、步骤6、根据目标燃料的燃烧数据对构建的化学反应机理进行有效性验证并优化。

18、优选的，所述有效性验证的方法如下：

19、在相同的工况条件下分别进行目标燃料的燃烧实验，以及根据构建的化学反应机理进行数值模拟燃烧实验，将两个燃烧实验的数据进行对比；

20、若燃烧实验与数值模拟燃烧实验的结果在设定的偏差范围，则完成化学反应机理的构建；

21、若燃烧实验与数值模拟燃烧实验的结果超出设定的偏差范围，则调整关键化学反应的指前因子来缩小实验数据与数值计算的偏差，直至燃烧实验与数值模拟燃烧实验的结果在设定的偏差范围。

22、一种构建化学反应机理的方法的系统，包括，

23、特性采集模块，用于获取碳氢类目标燃料的物理化学特性；

24、典型燃料选择模块，用于以目标燃料的物理化学特性为目标，选取多种典型燃料模拟目标燃料的物理化学特性；

25、模型构建模块，根据选取的典型燃料的基础化学反应机理，构建目标燃料的化学反应机理模型。

26、模型优化模块，用于获取多种典型燃料间的交叉化学反应机理，并将交叉化学反应机理增加至化学反应机理模型中，得到最终的化学反应机理模型；

27、输出模块，用于根据化学反应机理模型并结合化学反应路径分析法，构建目标燃料的化学反应机理。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

29、本发明提出一种构建化学反应机理的方法，该方法在掌握实际燃料物理化学特性的基础上，采用模型燃料替代实际燃料，选取模型燃料中各组分经典的化学反应机理作为基本机理，并考虑各组分的交叉反应。利用反应路径分析法进一步构建用于燃烧模拟的模型燃料化学反应机理，并通过实验数据对构建的化学反应机理进行有效性验证或进一步优化，形成可用来燃烧模拟的化学反应机理。所提出的构建化学反应机理的方法，为复杂燃烧过程详细动力学分析提供一种新的构建化学反应机理的有效手段。

技术特征：

1.一种构建化学反应机理的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种构建化学反应机理的方法，其特征在于，步骤1中所述目标燃料的物理特性包括着火性能、凝点和密度；

3.根据权利要求1所述的一种构建化学反应机理的方法，其特征在于，步骤2中选取典型燃料的方法如下：

4.根据权利要求3所述的一种构建化学反应机理的方法，其特征在于，步骤3根据目标燃料各组分的质量分数设计多种典型燃料混合比例，并结合各典型燃料的基础化学反应机理，构建目标燃料的化学反应机理模型。

5.根据权利要求1所述的一种构建化学反应机理的方法，其特征在于，步骤4中，在目标燃料的化学反应机理模型中增加典型燃料的污染物生成机理，用于生成目标燃料的污染物排放特性。

6.根据权利要求5所述的一种构建化学反应机理的方法，其特征在于，所述污染物生成机理包括各典型燃料的污染物反应机理，以及污染物组分以及质量分数。

7.根据权利要求1所述的一种构建化学反应机理的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种构建化学反应机理的方法，其特征在于，所述有效性验证的方法如下：

9.一种执行权利要求1-8任一项所述构建化学反应机理的方法的系统，其特征在于，包括，

技术总结
本发明公开了一种构建化学反应机理的方法及系统，在获取目标燃料的物理化学特性的基础上，采用模型燃料替代实际燃料，选取模型燃料中各组分经典的化学反应机理作为基本机理，并考虑各组分的交叉反应。利用反应路径分析法进一步构建用于燃烧模拟的模型燃料化学反应机理，并通过实验数据对构建的化学反应机理进行有效性验证或进一步优化，形成可用来燃烧模拟的化学反应机理。所提出的构建化学反应机理的方法，为复杂燃烧过程详细动力学分析提供一种新的构建化学反应机理的有效手段。

技术研发人员：肖俊峰,王峰,李晓丰,高松,王玮,胡孟起,夏家兴,李乐
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16