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1、2019/10/17,1,CHEMKIN软件简介,报告人：石岩 2012.3.29,2019/10/17,2,主要内容,CHEMKIN介绍 CHEMKIN安装 CHEMKIN模型 操作界面 化学设置 后处理 总结,2019/10/17,3,CHEMKIN介绍,1980年，美国Sandia国家实验室开发并推出了CHEMKIN系列大型气相化学反应动力学软件包。 CHEMIKN-I是1980年开发的用于解决燃烧过程中的气相化学反应动力学问题的软件包。,2019/10/17,4,CHEMKIN介绍,CHEMKIN-II是Sandia实验室1989年推出的CHEMKIN的改进版。 增加了能够高效精确处理
2、依赖压力的基元反应的功能。,2019/10/17,5,CHEMKIN介绍,CHEMKIN-III是1996年推出的程序包。 第一个新功能是可以处理非平衡体系中的多相流动系统(multi-fluid system)。 第二个新功能是增加了处理总包反应(global reaction )动力学的能力。,2019/10/17,6,主要内容,CHEMKIN介绍 CHEMKIN安装 CHEMKIN模型 操作界面 化学设置 后处理 总结,2019/10/17,7,CHEMKIN软件的安装,解压缩 安装 /crack/chemkin.lic需复制到安装目录/licences/下,2019/10/17,8,主
3、要内容,CHEMKIN介绍 CHEMKIN安装 CHEMKIN模型 操作界面 化学设置 后处理 总结,2019/10/17,9,反应模块概括,2019/10/17,10,混合标志,2019/10/17,11,主要内容,CHEMKIN介绍 CHEMKIN安装 CHEMKIN模型 操作界面及化学设置 后处理 总结,2019/10/17,12,操作界面介绍,2019/10/17,13,操作界面介绍,2019/10/17,14,前处理程序的化学设置,2019/10/17,15,前处理程序的化学设置,注意：工作路径、化学设置文件的保存路径不允许出现中文。,2019/10/17,16,反应输入面板,201
4、9/10/17,17,2019/10/17,18,2019/10/17,19,主要内容,研究背景 CHEMKIN软件的介绍 CHEMKIN软件的安装及使用 总结,2019/10/17,20,CHEMKIN的发展历程,CHEMICAL KINETICS； 从1980年开始，美国Sandia国家实验室开发并推出了CHEMKIN系列大型气相化学反应动力学软件包。,2019/10/17,21,CHEMKIN-I,CHEMKIN-I； CHEMIKN-I是由Sandia国家实验室Kee R.J.等人于1980年开发的用于解决燃烧过程中的气相化学反应动力学问题的软件包； CHEMKIN不是一个应用软件，它
5、只是一个子程序库，目的在于为解决带有流动的燃烧过程中的化学问题提供一个计算工具。,2019/10/17,22,CHEMKIN-I 的组成结构,解释器接下来从热力学数据库中提出与此机理中涉及的物质有关的热力学信息； 解释器的输出形成了所谓的连接文件，该文件包含了机理中元素、物质和反应的所有信息。,2019/10/17,23,CHEMKIN-I 的组成结构,热力学数据库包含了大多数燃烧问题中涉及的反应物、中间产物及终产物的热力学信息，其数据格式是按照Cordon和McBride的NASA格式所制定的。 气相子程序库由100 多个高度模块化的子程序所构成；,2019/10/17,24,CHEMKIN
6、-I 的组成结构,它们提供了诸如元素、物质、化学反应的参数以及状态方程、热力学特性、化学反应速率和敏感性分析的计算结果； 这些结果均有质量分数、摩尔分数和摩尔浓度三种单位可供选择输出。,2019/10/17,25,CHEMKIN-I 的组成结构,输出结果可直接应用于流动燃烧程序的控制方程的有关项中，对用户感兴趣的流动燃烧过程进行模拟。 CHEMKIN-I的缺点是其源程序代码中对字符串常量使用了Fortran66标准的Hollerith码进行处理，这与目前使用的大多数Fortran编译器不相容，因此已很少使用。,2019/10/17,26,CHEMKIN-II,CHEMKIN-II是Sandia
7、实验室1989年推出的CHEMKIN的改进版； 其中一个重要的改进是增加了能够高效精确处理依赖压力的基元反应的功能 在CHEMKIN-I中，基元反应的速率常数使用了如下的依赖温度的Arrhenius 形式:,2019/10/17,27,CHEMKIN-II,在某些条件下，一些基元反应的反应速率除了受温度影响，还受到高压和低压条件的限制，即高压限和低压限时有着截然不同的反应速率，从而形成所谓的依赖压力的“衰退(fall-off)”反应。 例如：,2019/10/17,28,CHEMKIN-II,在高低压限时，化学反应速率常数满足阿累尼乌斯形式： K0低压限的速率常数 K高压限的速率常数,2019
8、/10/17,29,CHEMKIN-II,任意压力下的速率常数则可写为： Pr简化压力，可以用下式表达： M混合物浓度，可能是第三体的浓度；,2019/10/17,30,CHEMKIN-II,例如： 此时上面的M就是不是混合物整体浓度，而是被N2所取代。,2019/10/17,31,CHEMKIN-II,F为速率常数修正函数，根据F的形式不公可分为3种表达式形式； Lindemann 形式：F= 1 Troe形式： c= - 0. 4- 0. 67logFcent n= 0. 75- 1. 27logFcent d= 0. 14,2019/10/17,32,CHEMKIN-II,FcentF的
9、修正函数 ，T*，T*，T*必须在输入文件中给出； SRI形式：,2019/10/17,33,CHEMKIN-II,其中： 同样的，a, b, c, d, e作为6个阿累尼乌斯参数（高低压限各3个）需要在输入文件中给定。,2019/10/17,34,CHEMKIN-II,2019/10/17,35,CHEMKIN-II,对衰退反应的处理增强了CHEMKIN-II的功能，使之能更真实地反映一些化合反应和含有增强第三体(enhanced third-body)反应的进程。 除以上改进外，CHEMKIN-II加强了描述化学反应的灵活性，如可同时给出正反两个方向的基元反应动力学参数，允许反应形式相同但
10、动力学参数不同的反应同时出现，可使用Landau-Teller 的速率表达式等，这些处理极大地增强了CHEMKIN-II的应用能力。,2019/10/17,36,CHEMKIN-II,CHEMKIN-II源程序代码完全依照Fortran-77标准编写； 在子程序库中删除了CHEMKIN-I中不常用的子程序，增加了对初始输入条件的读写命令； 这些改进使得CHEMKIN-II软件包结构化更好，可靠性提高，具有不依赖于计算机类型和Fortran编译器的特点(即可移植性好)。,2019/10/17,37,CHEMKIN-III,CHEMKIN-III是1996年推出的程序包； 主要增加了两个新的功能；
11、 第一个新功能是可以处理非平衡体系中的多相流动系统(multi-fluid system)，该系统中可能有一种或几种物质的能量和动量方程不同于其它物质混合物的能量和动量方程，这类物质主要包括电子和等离子体，它们有着不同于其它物质的温度，其动量方程也要考虑到带电荷物质产生的电场所施加的力的影响。,2019/10/17,38,CHEMKIN-III,第二个新功能是增加了处理总包反应(global reaction) 动力学的能力，这些反应中物质的计量系数可不为整数，而是由经验确定的任一实数，这对于无法用详细基元反应动力学研究的燃烧问题十分有用，如具有复杂化学组分的实际燃料的燃烧过程。 例如：,20
12、19/10/17,39,CHEMKIN- III,CHEMKIN系列软件包与Sandia实验室开发的处理物质输运特性的软件包配合使用，可以方便地移植到大多数计算流动燃烧的程序中，用于解决燃烧过程中涉及的化学反应动力学问题。,2019/10/17,40,CHEMKIN在燃烧中的应用,CHEMKIN并不是直接用于燃烧过程模拟计算的应用软件。 首先要建立所研究燃烧问题的数学-物理模型，列出其控制方程，采用行之有效的计算方法，编制相关的燃烧计算程序。,2019/10/17,41,CHEMKIN在燃烧中的应用,其次，要建立能反映该燃烧过程的化学反应机理，CHEMKIN的解释器可以对该机理进行处理，生成与
13、子程序库连接的文件，由子程序库执行燃烧模型的控制方程中与化学反应有关各项的计算。,2019/10/17,42,CHEMKIN在燃烧中的应用,由此可以看出，整个化学反应过程的处理和计算是独立于燃烧模型本身的。 CHEMKIN这种不依赖于问题的运用形式为用户提供了极大地便利。,2019/10/17,43,CHEMKIN在燃烧中的应用,描述定常的一维层流预混火焰模型中的能量方程可表达如下： 式中： M-质量流率； -密度； A-火焰传播的横截面积 T-温度； x-空间坐标；,2019/10/17,44,CHEMKIN在燃烧中的应用,cp-等压比热； -热传导系数； Yk-第k种物质的摩尔分数； k-
14、第k种物质的反应速率； hk-第k种物质的比焓； Wk-第k种物质的的分子量； Vk-第k种物质的扩散速度； p-压力； R-气体常数。,2019/10/17,45,CHEMKIN在燃烧中的应用,假设反应物为甲烷和空气，则甲烷的氧化反应机理可首先经CHEMKIN的解释器进行处理，然后由它的子程序库计算得到上式中p、cp、 k 、hk、W k 和R等项，从而求解能量方程。 若反应物为其它燃料和氧化剂，则该燃料的氧化机理一旦确定后，仍可由CHEMKIN进行处理和计算，并将结果带到能量方程中计算。除了能量方程外，其它控制方程均可这样处理。,2019/10/17,46,CHEMKIN在燃烧中的应用,控
15、制方程中出现的反应速率k是CHEMKIN子程序库计算的主要内容之一； 式中： 分别表示第i个基元反应中第k种物质正、逆反应计量系数；,2019/10/17,47,主要内容,研究背景 CHEMKIN软件的介绍 CHEMKIN软件的安装及使用 总结,2019/10/17,48,CHEMKIN软件的安装及使用,解压缩-安装 /crack/chemkin.lic需复制到安装目录/licences/下。,2019/10/17,49,主要内容,研究背景 CHEMKIN软件的介绍 CHEMKIN软件的安装及使用 总结,2019/10/17,50,总结,为什么要学习CHEMKIN CHEMKIN的发展历程 安装及直观使用情况,2019/10/17,51,谢谢大家！,
