1、a,1,CHENKIN基礎(chǔ)培訓(xùn),2008.9.21 14:00 16:00,a,2,主要內(nèi)容,Reaction Design 介紹 CHEMKIN介紹 CHEMKIN安裝 CHEMKIN用戶界面 CHEMKIN化學(xué)設(shè)置 CHEMKIN模型 CHEMKIN后處理 CHEMKIN算例,a,3,圍繞化學(xué)模擬提供產(chǎn)品和服務(wù),市場范圍: 汽車 能源 航空 化工 材料加工 微電子 全球有: 東京辦事外; 日本代理商: Ryoka 系統(tǒng) 韓國代理商: Kyungwon Tech, Inc. 中國代理商: SinoFlow, Inc.（中流漢泰）,a,4,產(chǎn)品和服務(wù)源自核心技術(shù),CHEMKIN是化學(xué)仿真過程的

2、一個(gè)完整反應(yīng)模型系統(tǒng) KINetics 是一個(gè)可將CHEMKIN與三維軟件特別是CFD軟件相耦合的插件解算器模塊,a,5,研究項(xiàng)目,生物質(zhì)燃燒的化學(xué)及傳質(zhì)現(xiàn)象 噴氣燃料的燃料機(jī)理 汽輪機(jī)燃燒室中煙灰的生成,a,6,主要內(nèi)容,Reaction Design 介紹 CHEMKIN介紹 CHEMKIN安裝 CHEMKIN用戶界面 CHEMKIN化學(xué)設(shè)置 CHEMKIN模型 CHEMKIN后處理 CHEMKIN算例,a,7,CHEMKIN應(yīng)用于工程問題,設(shè)計(jì)方向 改進(jìn)反應(yīng)器尺寸的影響 工業(yè)過程的參數(shù)運(yùn)行范圍 確定過程的可替代性 預(yù)測反應(yīng)過程時(shí)間尺度上的可控制性 反應(yīng)器優(yōu)化和改進(jìn) 工況運(yùn)行條件變化的影響

3、 過程參數(shù)擾動(dòng)的敏感性 反應(yīng)器的生產(chǎn)能力評估 廠商 排放 過程變化對下游的影響 模型假設(shè)和驗(yàn)證 化學(xué)機(jī)理的發(fā)展與簡化 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測,a,8,CHEMKIN有效的求解問題,快速模型的發(fā)展 分級近似 能夠把不同的理想反應(yīng)器模型連接在一起 不需要建立網(wǎng)格 有效準(zhǔn)確的求解技術(shù) 良好的剛性方程組求解方法 高效的體系結(jié)構(gòu) 繼續(xù)計(jì)算和重新開始計(jì)算的功能 計(jì)算結(jié)果容易分析和解釋 內(nèi)置的數(shù)據(jù)可視化 數(shù)據(jù)管理的敏感性分析,a,9,CHEMKIN的發(fā)展歷程,CHEMICAL KINETICS 從1980年開始，美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)并推出了CHEMKIN系列大型氣相化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)軟件包,a,10,CHEM

4、KIN-I,CHEMKIN-I CHEMIKN-I是由Sandia國家實(shí)驗(yàn)室Kee R.J.等人于1980年開發(fā)的用于解決燃燒過程中的氣相化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問題的軟件包 CHEMKIN不是一個(gè)應(yīng)用軟件，它只是一個(gè)子程序庫，目的在于為解決帶有流動(dòng)的燃燒過程中的化學(xué)問題提供一個(gè)計(jì)算工具,a,11,CHEMKIN-I的缺點(diǎn),CHEMKIN-I的缺點(diǎn)是其源程序代碼中對字符串常量使用了Fortran66標(biāo)準(zhǔn)的Hollerith碼進(jìn)行處理，這與目前使用的大多數(shù)Fortran編譯器不相容，因此已很少使用,a,12,CHEMKIN-II,CHEMKIN-II是Sandia實(shí)驗(yàn)室1989年推出的CHEMKIN的改進(jìn)

5、版 其中一個(gè)重要的改進(jìn)是增加了能夠高效精確處理依賴壓力的基元反應(yīng)的功能,a,13,CHEMKIN-II,對衰退反應(yīng)的處理增強(qiáng)了CHEMKIN-II的功能，使之能更真實(shí)地反映一些化合反應(yīng)和含有增強(qiáng)第三體(enhanced third-body)反應(yīng)的進(jìn)程 除以上改進(jìn)外，CHEMKIN-II加強(qiáng)了描述化學(xué)反應(yīng)的靈活性，如可同時(shí)給出正反兩個(gè)方向的基元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，允許反應(yīng)形式相同但動(dòng)力學(xué)參數(shù)不同的反應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)，可使用Landau-Teller 的速率表達(dá)式等，這些處理極大地增強(qiáng)了CHEMKIN-II的應(yīng)用能力,a,14,CHEMKIN-II,CHEMKIN-II源程序代碼完全依照Fortran-7

6、7標(biāo)準(zhǔn)編寫 在子程序庫中刪除了CHEMKIN-I中不常用的子程序，增加了對初始輸入條件的讀寫命令 這些改進(jìn)使得CHEMKIN-II軟件包結(jié)構(gòu)化更好，可靠性提高，具有不依賴于計(jì)算機(jī)類型和Fortran編譯器的特點(diǎn)(即可移植性好),a,15,CHEMKIN-III,CHEMKIN-III是1996年推出的程序包 主要增加了兩個(gè)新的功能 第一個(gè)新功能是可以處理非平衡體系中的多相流動(dòng)系統(tǒng)(multi-fluid system)，該系統(tǒng)中可能有一種或幾種物質(zhì)的能量和動(dòng)量方程不同于其它物質(zhì)混合物的能量和動(dòng)量方程，這類物質(zhì)主要包括電子和等離子體，它們有著不同于其它物質(zhì)的溫度，其動(dòng)量方程也要考慮到帶電荷物質(zhì)產(chǎn)

7、生的電場所施加的力的影響,a,16,CHEMKIN-III,第二個(gè)新功能是增加了處理總包反應(yīng)(global reaction) 動(dòng)力學(xué)的能力，這些反應(yīng)中物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)可不為整數(shù)，而是由經(jīng)驗(yàn)確定的任一實(shí)數(shù)，這對于無法用詳細(xì)基元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的燃燒問題十分有用，如具有復(fù)雜化學(xué)組分的實(shí)際燃料的燃燒過程,a,17,CHEMKIN-III,第一個(gè)商業(yè)版本 總包反應(yīng)速率 非整數(shù)的化學(xué)計(jì)量系數(shù) 可操作界面 非平衡的多相流問題 應(yīng)用程序：AURORA, CRESLAF, EQUIL, OPPDIF, PASR, PLUG, PREMIX,SHOCK, SPIN, SURFTHERM etc,a,18,應(yīng)用程序

8、說明,AURORA：模擬充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)器 CRESLAF：圓柱形或平面形通道內(nèi)的層流化學(xué)反應(yīng) EQUIL：化學(xué)平衡相平衡 OPPDIF：對流擴(kuò)散火焰 PASR：部分?jǐn)嚢璺磻?yīng)器 PLUG：柱塞流反應(yīng)器 PREMIX：一維穩(wěn)態(tài)層流預(yù)混火焰,a,19,應(yīng)用程序說明,SHOCK：沖擊波化學(xué)動(dòng)力學(xué) SPIN：化學(xué)氣相沉積滯留反應(yīng)器 SURFTHERM：氣相和表面化學(xué)系統(tǒng)的熱化學(xué)傳質(zhì)及動(dòng)力學(xué) OVEND：多晶片低壓化學(xué)沉淀反應(yīng)器 TWAFER：用來確定多晶片低壓化學(xué)沉淀反應(yīng)中的溫度,a,20,AURORA,模擬穩(wěn)流或瞬態(tài)反應(yīng)（包括等離子反應(yīng)）的氣體反應(yīng)或表面反應(yīng) 可用來預(yù)報(bào)充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)器中的隨時(shí)間變化的或者

9、是穩(wěn)態(tài)的參數(shù)；可用于包含表面化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)，如化學(xué)蒸發(fā)、沉淀或催化過程；還可以模擬非熱力、等離子反應(yīng)器，用來確定離子和電子濃度以及電子溫度及中性粒子濃度；可以建立反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)，使之形成模擬反應(yīng)器系統(tǒng)或者反應(yīng)流動(dòng)系統(tǒng)。,a,21,CRESLAF,模擬圓柱形或平面通道中的層流、邊界層流動(dòng)的化學(xué)反應(yīng) 用來預(yù)報(bào)平面或者軸對稱二維流道中的速度、溫度及組分分布；應(yīng)用包括化學(xué)蒸發(fā)沉淀反應(yīng)器不同催化劑在反應(yīng)器壁面上催化作用及碰撞過程；用于有限速率氣相和表面化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及分子傳質(zhì),a,22,EQUIL,模擬計(jì)算化學(xué)平衡和相平衡 用來計(jì)算理想氣體或混合氣體的化學(xué)平衡狀態(tài) 可單獨(dú)應(yīng)用，也可作為其他chemkin 應(yīng)

10、用程序的子程序,a,23,OPPDIF,模擬對流擴(kuò)散火焰 用于計(jì)算兩個(gè)反向布置噴嘴間的擴(kuò)散火焰；對于軸對稱流動(dòng)或者二維平面流動(dòng)的情況可類似轉(zhuǎn)化流場，使之成為一個(gè)一維問題；對放射狀軸對稱情況，類似的解決方案是假設(shè)速度的徑向分量是沿著半徑呈線性的，這樣變量就成為僅僅是軸向距離的函數(shù)；對于平面流動(dòng)情況，假設(shè)垂直于對流軸的y 方向上的速度與y 方向距離成正比，這樣要確定的變量就僅僅是x 軸向距離的函數(shù)?？捎脕砬蠼鉁囟?、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、軸向和垂直方向速度分量及縱向壓力梯度。,a,24,PASR,模擬部分?jǐn)嚢璺磻?yīng)器中混合過程和氣相化學(xué)動(dòng)力學(xué)的交互作用。,a,25,PLUG,模擬帶有氣相和化學(xué)表面化學(xué)反應(yīng)的柱塞流

11、反應(yīng)器 可用來模擬任意幾何形狀的流道中理想氣體混合物非擴(kuò)散、一維流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)；其幾何形狀的靈活性使得它既可以模擬填充床反應(yīng)器也可以模擬與流動(dòng)相關(guān)的表面化學(xué)反應(yīng)或傳熱隨距離變化的通道。,a,26,PREMIX,模擬一維、穩(wěn)態(tài)、層流預(yù)混火焰 用來計(jì)算穩(wěn)態(tài)、穩(wěn)燃、自由傳播層流預(yù)混火焰的組分和溫度分布；還可以用來確定可燃?xì)怏w混合物的層流火焰速度，研究可燃性；可以解決有限速率化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和多組分分子擴(kuò)散；可以和氣相動(dòng)力學(xué)以及傳質(zhì)預(yù)處理器聯(lián)合處理化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，計(jì)算傳質(zhì)參數(shù),a,27,SHOCK,模擬沖擊波的化學(xué)動(dòng)力學(xué) 預(yù)報(bào)反應(yīng)氣體混合物在沖擊波放熱后的化學(xué)反應(yīng)；可用來掌握沖擊波，使得實(shí)際氣體行為、邊界層

12、影響以及詳細(xì)有限速率化學(xué)反應(yīng)定量化；結(jié)合沖擊波實(shí)驗(yàn)對其模擬有助于解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理解化學(xué)動(dòng)力學(xué)行為,a,28,SPIN,模擬化學(xué)蒸發(fā)沉淀或者滯留反應(yīng)器 用來計(jì)算一維、穩(wěn)態(tài)化學(xué)蒸發(fā)沉淀反應(yīng)器或滯留反應(yīng)器中的組分、溫度和速度分布以及沉淀速率,a,29,OVEND,模擬多晶片低壓化學(xué)沉淀（LPCVD）反應(yīng)器,a,30,TWAFER,確定多晶片低壓化學(xué)沉淀（LPCVD）反應(yīng)器的溫度 預(yù)報(bào)的是二維溫度分布；通常和OVEND 一起使用,a,31,SURFTHERM,分析氣相和表面化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中的熱力學(xué)、傳質(zhì)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù) 分析復(fù)雜氣相和表面化學(xué)反應(yīng)裝置中的傳質(zhì)系數(shù)、熱化學(xué)速率以及動(dòng)力學(xué),a,32,CHEMKI

13、N 3.7,徽標(biāo),Start界面,a,33,CHEMKIN 3.7,a,34,CHEMKIN 3.7的后處理,a,35,CHEMKIN 4.x,基于java的操作界面。 操作界面不再是基于計(jì)算模塊，而是反應(yīng)器模型,a,36,CHEMKIN 4.x,徽標(biāo),Start界面,a,37,Model of CHEMKIN 4.x,a,38,模型與應(yīng)用程序的對照,a,39,模型與應(yīng)用程序的對照,a,40,模型與應(yīng)用程序的對照,a,41,CHEMKIN 4.1,全新的后處理功能 項(xiàng)目圖形化 全新的參數(shù)研究功能 顆粒追蹤模塊,a,42,CHEMKIN 4.1的后處理,a,43,CHEMKIN-PRO,2008

14、年4月發(fā)布測試版本,a,44,CHEMKIN-PRO的改進(jìn),64-bit Windows （Vista 和 XP） 計(jì)算速率提高 內(nèi)燃機(jī)的多區(qū)模型 反應(yīng)路徑分析 顆粒追蹤模塊,a,45,簡單模型的快速計(jì)算,相對于CHEMKIN-II,a,46,復(fù)雜模型的快速計(jì)算,a,47,多區(qū)模型,了解燃燒室內(nèi)不同區(qū)域處CO和HC如何生成 圓柱內(nèi)條件如何影響著火 準(zhǔn)確模擬污染物排放,中心高溫區(qū)，著火,近壁面低溫區(qū) （CO和煙灰生成區(qū)）,a,48,反應(yīng)路徑分析,機(jī)理簡化的有效工具 圖形化研究反應(yīng)機(jī)理的瓶頸 識(shí)別主要物質(zhì)和反應(yīng) 查看潛在的化學(xué)機(jī)理 可以與敏感性分析聯(lián)用 適用所有反應(yīng)器,a,49,主要內(nèi)容,Reac

15、tion Design 介紹 CHEMKIN介紹 CHEMKIN安裝 CHEMKIN用戶界面 CHEMKIN化學(xué)設(shè)置 CHEMKIN模型 CHEMKIN后處理 CHEMKIN算例,a,50,可使用的版本,CHEMKIN 3.7 CHEMKIN 4.0 CHEMKIN 4.1,J524 曙光服務(wù)器 20 net seat的教學(xué)版本,J532 1 license 的正式版,a,51,3.7版本的安裝,/pub/0-CFD資料/CHEMKIN 運(yùn)行chemkin37_pc_setup.exe進(jìn)行安裝。 chemkin.lic copy to c:Program FilesReactionlicens

16、eschemkin.lic.,a,52,4.0版本的安裝,/pub/0-CFD資料/CHEMKIN 解壓縮-安裝 /crack/chemkin.lic需復(fù)制到安裝目錄/licences/下,a,53,4.1版本的安裝,/pub/0-CFD資料/CHEMKIN。 運(yùn)行chemkin41_pc_setup.exe進(jìn)行安裝。 License的處理 打開防火墻的兩個(gè)端口：例外添加端口 reaction design license server port 28850/28851 License toolsmanage reaction design license中的path to license:2

17、8850ip,a,54,主要內(nèi)容,Reaction Design 介紹 CHEMKIN介紹 CHEMKIN安裝 CHEMKIN用戶界面 CHEMKIN化學(xué)設(shè)置 CHEMKIN模型 CHEMKIN后處理 CHEMKIN算例,a,55,探究用戶界面,更改用戶參數(shù)選擇 檢查 “培訓(xùn)” 和“例子” 文件的位置 設(shè)置“記事本” 作為 缺省編輯器 設(shè)置IE作為 HTML 閱讀器 測試 Adobe Acrobat Reader 作為 PDF 閱讀器 打開 開始手冊 為“線性沉積率”設(shè)置缺省單位為 “microns/min”,a,56,介紹圖形界面,注意: 打開反應(yīng)器 要求一個(gè) 輸入 和一個(gè) 輸出,Good,

18、Bad,a,57,研究圖像選項(xiàng),創(chuàng)建一個(gè)新方案 創(chuàng)建一個(gè)PSRs與一個(gè)或多個(gè)輸入的網(wǎng) 在末端處添加一個(gè)管流反應(yīng) 更新方案 試驗(yàn)在參數(shù)項(xiàng)間連線 在 PSRs間增加熱流并再次更新 打開前處理面板 為化學(xué)設(shè)置選擇 grimech30.cks 文件 (復(fù)制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的化學(xué)設(shè)置,a,58,前處理程序的化學(xué)設(shè)置,工作路徑是運(yùn)行一個(gè)方案輸入和輸出文件的地方,由工作路徑可以把化學(xué)設(shè)置文件放在不同的地方,在保存的上方，化學(xué)設(shè)置的定義保存在一個(gè)選擇“*.cks” f文件中,繼續(xù)運(yùn)行前先運(yùn)行前處理程序,a,59,反應(yīng)輸入面板,只需要填入必須的信息; 剩下空白的為缺省,將鼠標(biāo)放在上面可以提供快速的輸入信息,輸入手冊中引

19、用了“關(guān)鍵詞”,可以局部地選擇每個(gè)輸入的單位,a,60,輸入面板包括流動(dòng)參數(shù)和反應(yīng)物成分輸入,流柱參數(shù)包括流動(dòng)速率和溫度,a,61,用燃料/氧化劑平衡率可以輸入反應(yīng)物的成分,按燃料混合物定義燃料分?jǐn)?shù); 它們的和必須等于 1.0,按總的反應(yīng)混合物定義附加的反應(yīng)物分?jǐn)?shù),它們的和必須 SI(S) + SI(B) + 2H2 1.05E17 0.5 40000 SI2H6 + SI(S) = 2SI(S) + 2SI(B) + 3H2 4.55E26 0.5 40000 SIH2 + SI(S) = SI(S) + SI(B) + H2 3.9933E11 0.5 0.0 SI2H2 + 2SI(S)

20、 = 2SI(S) + 2SI(B) + H2 1.7299E20 0.5 0.0 2SI2H3 + 4SI(S) = 4SI(S) + 4SI(B) + 3H2 6.2219E37 0.5 0.0 H2SISIH2 + 2SI(S) = 2SI(S) + 2SI(B) + 2H2 1.7007E20 0.5 0.0 2SI2H5 + 4SI(S) = 4SI(S) + 4SI(B) + 5H2 6.1186E37 0.5 0.0 2SIH3 + 2SI(S) = 2SI(S) + 2SI(B) + 3H2 2.3659E20 0.5 0.0 2SIH + 2SI(S) = 2SI(S) +

21、2SI(B) + H2 2.4465E20 0.5 0.0 SI + SI(S) = SI(S) + SI(B) 4.1341E11 0.5 0.0 H3SISIH + 2SI(S) = 2SI(S) + 2SI(B) + 2H2 1.7007E20 0.5 0.0 SI2 + 2SI(S) = 2SI(S) + 2SI(B) 1.7607e20 0.5 0.0 SI3 + 3SI(S) = 3SI(S) + 3SI(B) 8.6586E28 0.5 0.0 END,表面反應(yīng)物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)通常包含在表面動(dòng)力學(xué)輸入文件中（不是“熱力學(xué)數(shù)據(jù)中”）,a,79,化學(xué)設(shè)置文件概要,前處理程序創(chuàng)建連接文件

22、，連接文件將指定的化學(xué)信息傳遞到反應(yīng)模型, 始終要求 ( ) 有些問題要求,a,80,化學(xué)文件來源,從其他研究人員獲得的 CHEMKIN 機(jī)理 CHEMKIN 在線用戶群: 從文獻(xiàn)， NIST 編輯系數(shù) NIST 動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫 搜索 CHEMKIN 引用數(shù)據(jù)庫: 由計(jì)算化學(xué)來計(jì)算系數(shù) Ab initio 方法 分子動(dòng)力學(xué) 結(jié)合和聚合添加方法 基于理論和經(jīng)驗(yàn)的估計(jì) 類推到其它的化學(xué)體系 RD公司: 機(jī)理集成服務(wù),a,81,對于你的問題必須 確實(shí)化學(xué)設(shè)置的正確性,研究數(shù)據(jù)源 誰開發(fā)的? 什么目的及開始條件 ? 確定了解: 開發(fā)者介紹的應(yīng)用范圍 用什么數(shù)據(jù)作的驗(yàn)證或校對 確認(rèn)研究中使用了什么熱力學(xué)數(shù)

23、據(jù)和輸運(yùn)數(shù)據(jù) 如果可能使用這個(gè)數(shù)據(jù) 考察敏感性分析來確定主要的反應(yīng) 關(guān)注主要反應(yīng)的路徑來源 了解模型預(yù)測的不確定性,a,82,主要內(nèi)容,Reaction Design 介紹 CHEMKIN介紹 CHEMKIN安裝 CHEMKIN用戶界面 CHEMKIN化學(xué)設(shè)置 CHEMKIN模型 CHEMKIN后處理 CHEMKIN算例,a,83,真實(shí)流動(dòng)的理想化近似,完全擾動(dòng)反應(yīng)器,內(nèi)燃機(jī),平推流反應(yīng)器,化學(xué)和相平衡反應(yīng)器,擴(kuò)散火焰,均質(zhì)批反應(yīng)器,a,84,多數(shù)模塊可包含表面化學(xué),完全擾動(dòng)反應(yīng)器,柱塞和剪切流反應(yīng)器,LPCVD 熱分析器和反應(yīng)爐,轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤 CVD 反應(yīng)器,a,85,反應(yīng)模塊概括,a,86,混

24、合標(biāo)志,a,87,平衡計(jì)算器,計(jì)算相和化學(xué)平衡 包括凝相 完全基于反應(yīng)物的熱力學(xué)參數(shù) 不要求動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù) 絕熱火焰溫度 Chapman-Jouguet 爆炸 結(jié)果處理: 繪制結(jié)果 vs變參數(shù)圖 描述熱力學(xué)循環(huán),Gibbs 自由能的最小化,a,88,閉式0-D 反應(yīng)器,內(nèi)燃機(jī)模型 容積 vs 掃過時(shí)間 均勻混合物 壓縮點(diǎn)火 一般 “間歇式反應(yīng)器” 模型 熱傳遞選項(xiàng) 限定容積或壓力 允許氣體和表面化學(xué) 閉式等離子模型 電子能量方程 指定能量沉積 允許氣體和表面化學(xué) 閉式部分?jǐn)_動(dòng)反應(yīng)器 限定容積或壓力 跟蹤混合和動(dòng)力學(xué)時(shí)間尺度,R,P,time,Yk,I,a,89,開式0-D反應(yīng)器,完全攪拌器 不涉及

25、化學(xué) 計(jì)算熱力學(xué)狀態(tài) 穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)模擬 可成群 一般完全擾動(dòng)反應(yīng)器(PSR) 允許氣體和表面化學(xué) 穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)模擬 可成群,開式等離子PSR反應(yīng)器 允許氣體和表面化學(xué) 電能和等離子能沉積 表面化學(xué)的離子碰撞能 穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)模擬 可成群 開式部分?jǐn)_動(dòng)反應(yīng)器 (PaSR) 湍流動(dòng)力學(xué)相互作用,a,90,開式0-D反應(yīng)器群,開式0-D反應(yīng)器可形成的多反應(yīng)器“群” 允許反應(yīng)器間質(zhì)量/熱循環(huán) 同時(shí)求解所有反應(yīng)器, 提供封閉耦合 部分?jǐn)_動(dòng)反應(yīng)器不可用 其它反應(yīng)器模型是單反應(yīng)器“群” PFRs, 剪切流動(dòng)反應(yīng)器, CVD 反應(yīng)器, 火焰 一個(gè) “反應(yīng)器網(wǎng)” 可包括一個(gè)或多個(gè)群 連續(xù)的群連接 一個(gè)群外面不允許逆向循

26、環(huán) 使用流動(dòng)連接或信息連接,a,91,開式0-D反應(yīng)器群,多樣輸入流 不同組分、溫度、流率 質(zhì)量和熱循環(huán) 用戶指定循環(huán)分?jǐn)?shù)和路徑 反應(yīng)器間的熱傳遞 對流/ 傳導(dǎo)和/或輻射,a,92,1-D 塞式流動(dòng)反應(yīng)器,一般平推流反應(yīng)器 在橫向流動(dòng)方向假定反應(yīng)器是均衡的 忽略擴(kuò)散 獨(dú)立控制熱損失和表面化學(xué)面積 蜂窩陶瓷反應(yīng)器 幾何上的活性表面面積& 水力直徑 等離子平推流反應(yīng)器 電子能量方程 能量沉積輪廓,全部包括敏感性分析、熱傳遞選項(xiàng)、氣相和表面化學(xué),每單位距離近似作為表面面積,a,93,平衡、0-D或塞式流動(dòng)模型 為復(fù)雜問題建立平臺(tái),系統(tǒng)簡單 物理直覺較容易 復(fù)雜因素很少 研究化學(xué)問題 忽略傳輸作用 平

27、衡vs動(dòng)力學(xué) 敏感性分析 產(chǎn)物速率分析,研究時(shí)間量程 停滯時(shí)間 傳輸時(shí)間vs動(dòng)力學(xué)時(shí)間 利用結(jié)果比較好的初始預(yù)測 另外, 火焰計(jì)算收斂困難,a,94,1-D 剪切流動(dòng)反應(yīng)器,圓柱剪切流動(dòng)反應(yīng)器 圓柱坐標(biāo) 包含徑向擴(kuò)散 平面剪切流動(dòng)反應(yīng)器 平面坐標(biāo) 包含橫向流動(dòng)擴(kuò)散 對稱或非對稱選項(xiàng),a,95,1-D 火焰反應(yīng)器,預(yù)混燃燒器 燃料和氧化劑預(yù)混合 穩(wěn)定燃燒火焰 層流 熱的形成和反應(yīng)速率敏感性分析,a,96,1-D 火焰反應(yīng)器,預(yù)混火焰速度計(jì)算器 預(yù)測絕熱火焰速度 確定可燃限和火焰厚度 熱損失和輻射傳遞的作用 層流 熱的形成和反應(yīng)速率敏感性分析,a,97,1-D 火焰反應(yīng)器,對流擴(kuò)散火焰 類似減少2

28、-D 平面或3-D 軸對稱流場為1-D 模型的轉(zhuǎn)化 1-D邊界條件假設(shè) 擴(kuò)散火焰可燃限 為產(chǎn)生CFD平臺(tái)進(jìn)行火焰模擬 熱的形成和反應(yīng)速率敏感性分析,a,98,Shower-head CVD 反應(yīng)器,3-D流動(dòng)預(yù)測的近似1-D轉(zhuǎn)換: 全部3-D流場 軸向分量& 溫度輪廓 旋轉(zhuǎn)盤或滯止流動(dòng) 瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)選項(xiàng) 表面沉積 (在x=0處),旋轉(zhuǎn)盤,滯止流動(dòng),a,99,Shower-head CVD 反應(yīng)器,輸運(yùn)選項(xiàng) 均勻或多組分混合 熱擴(kuò)散選項(xiàng) 假定 徑向均勻邊界條件 確定徑向范圍 沒有到反應(yīng)器壁面的徑向損失,a,100,標(biāo)準(zhǔn)激波模型,入射激波模型 激波波動(dòng)前用戶指定條件 相關(guān)氣體動(dòng)力決定初始后激波條件

29、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)在激波通過后 包括粘性作用 反應(yīng)激波模型 反射激波后相關(guān)氣體動(dòng)力決定條件 反射激波通過后開始瞬態(tài)動(dòng)力學(xué),a,101,機(jī)理分析器,計(jì)算化學(xué)設(shè)置的初始信息 反應(yīng)速率vs溫度 逆向反應(yīng)速率 平衡常數(shù) 計(jì)算熱力學(xué)參數(shù)vs溫度 焓 熵 比熱,反應(yīng)速率.,熱力和傳輸參數(shù).,傳輸數(shù)據(jù),熱力學(xué)數(shù)據(jù),化學(xué)機(jī)理,a,102,機(jī)理分析器,計(jì)算傳輸參數(shù) 作為溫度的函數(shù) 粘性 擴(kuò)散系數(shù) 熱傳導(dǎo)率 允許指定“bath”氣體 提取隨壓力而定的反應(yīng)速率,a,103,單獨(dú)增加的 兩個(gè)專業(yè)微電子反應(yīng)器可用,分層式烘爐低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD) 模型 LPCVD 熱力分析模型 溫度貫穿反應(yīng)器 LPCVD 烘爐模型 利

30、用熱分析模型結(jié)果 通過薄膜的沉積速率 通過負(fù)載的沉積速率 通過CHEMKIN中的可用菜單訪問 命令輸入形式 獨(dú)立的用戶菜單,a,104,主要內(nèi)容,Reaction Design 介紹 CHEMKIN介紹 CHEMKIN安裝 CHEMKIN用戶界面 CHEMKIN化學(xué)設(shè)置 CHEMKIN模型 CHEMKIN后處理 CHEMKIN算例,105,a,CHEMKIN 4.1 新的可視化選項(xiàng),3-D 輪廓圖 交互式旋轉(zhuǎn),鏡像圖 對稱坐標(biāo),多重Y坐標(biāo),106,a,首先我們將運(yùn)行一個(gè)例子問題來產(chǎn)生一個(gè)解算方法,例子: 在一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中臨界壓縮比的確定 壓縮比在著火發(fā)生處,其它所有參數(shù)固定 臨界壓縮比 (CCR

31、)可用于估算燃料的辛烷值(ON) 基于CCR和RON或MON間的關(guān)系 用來探究燃料混合物和替代燃料的辛烷值 這個(gè)例子研究了丁烷-空氣混合物(富氧)的CCR,107,a,CHEMKIN IC 發(fā)動(dòng)機(jī)模型模擬了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的壓燃,封閉系統(tǒng), 瞬態(tài)模擬 進(jìn)氣門關(guān)閉到排氣門打開前的一段時(shí)間 容積 vs. 時(shí)間由以下決定 : LC/LA比 壓縮比 = 總?cè)莘e / 壓縮容積 總?cè)莘e 發(fā)動(dòng)機(jī)速度 其它輸入: 開始曲軸轉(zhuǎn)角 (進(jìn)氣門關(guān)閉) 初始壓力和溫度 熱損失 依靠動(dòng)力學(xué)預(yù)測現(xiàn)象: HCCI著火, 柴油發(fā)動(dòng)機(jī) SI 燃燒敲缸 實(shí)驗(yàn)室速壓機(jī),108,a,實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)觀測了CCR和RON間的關(guān)系,基于計(jì)算出的

32、臨界壓縮比可以調(diào)配出理想燃料的研究法辛烷值,數(shù)據(jù)來自 Westbrook及其他人: * = 試驗(yàn)值 其它符號 = 計(jì)算值,RON = Research Octane Number,109,a,例子: 臨界壓縮比,打開 training 案例: “training ic_engine_ignition_compression_ratio.ckprj” 觀察前處理面板化學(xué)設(shè)置并運(yùn)行前處理 觀察反應(yīng)器面板設(shè)置 模擬時(shí)間=0.04 sec (或 360 度曲軸轉(zhuǎn)角) 在參數(shù)研究中指定壓縮比變化 在 RunParameter 面板中, 選擇 All cases 和 Run Selected 更新運(yùn)行狀態(tài)

33、 在RumParameter Study 面板中輸出文件可以被存取 RumParameter Study 后處理結(jié)果 創(chuàng)建溫度 vs. 時(shí)間和 vs.壓縮比的三維圖,110,a,選擇后處理變量,過濾器控制輸入變量,在圖中改變顯示的單位,包含反應(yīng)物的生產(chǎn)速率作為輸出變量,彈出后處理程序,111,a,后處理程序控制面板,在同一時(shí)間里可以加載多重解算文件,不同圖形的類型選項(xiàng) (用戶可以創(chuàng)建新的類型),鏡像圖用來顯示對稱結(jié)果,可以應(yīng)用以前保存的 “宏”,HANDS ON,創(chuàng)建圖形,112,a,用溫度作為Z軸繪制一個(gè) 3-D 輪廓圖,旋轉(zhuǎn)圖,連續(xù)撤消 (Cntrl-Z), 對于所有操作!,放大/縮小,注

34、釋插入: 文本框, 圖畫形狀, 箭頭記號,臨界壓縮比 13.2,113,a,用OH摩爾分?jǐn)?shù)作為Z軸繪制一個(gè) 3-D 輪廓圖,OH分?jǐn)?shù) vs時(shí)間、壓縮比的輪廓圖 OH是燃燒的中心,114,a,很容易輸出繪制的圖像,以幾種格式輸出圖像 (bmp, gif, tiff, etc.) 控制圖像的清晰度和尺寸 剪切/粘貼到其它的 Windows 應(yīng)用程序,115,a,為幾個(gè)CCR值繪制一個(gè)溫度 vs時(shí)間的線性圖,通過按下ctrl鍵進(jìn)行多項(xiàng)選擇,116,a,數(shù)據(jù)區(qū)域工具允許快速地放大感興趣的區(qū)域,點(diǎn)擊圖激活數(shù)據(jù)區(qū)域 點(diǎn)擊數(shù)據(jù)區(qū)域圖標(biāo) 圍繞縮放區(qū)域畫距形框 或者用箭頭-/+ 來調(diào)整區(qū)域,117,a,有很多選

35、項(xiàng)可以控制圖像格式和外觀,雙擊圖像進(jìn)入Visualization Browser窗口,數(shù)據(jù)空間 (頂部): 軸縮放比例, 顏色, 線型, 寬度 背景色, 透明度,軸: 線型, 符號開/關(guān), 正文字體 , 記號,三維輪廓線/線性: 顏色, 符號開/關(guān) 外形, 尺寸, 顏色, 填充, Z軸坐標(biāo),注釋: 圖例文本字體 , 間距, 輪廓,118,a,改變字體，坐標(biāo)軸和圖例文字，線型并增加注釋,雙擊圖像進(jìn)入Visualization Browser 在圖的Window工具條中使用Annotation圖標(biāo),119,a,可以保存并在以后應(yīng)用用戶定義的圖像類型,方便使用 設(shè)置首選 字體 軸外觀 線形 & 符號

36、風(fēng)格 注釋 為將來繪圖保存一個(gè)類型 用 Edit Style Create Style 然后選擇, 或 Edit Style Style editor,120,a,其他圖像工作可由“Macros”自動(dòng)完成,為其它操記錄并應(yīng)用 “macros” 可以記錄任何鼠標(biāo)點(diǎn)擊或鍵盤敲擊,121,a,在后處理控制面板，Save/Reapply（保存/再運(yùn)用）選項(xiàng)可以重復(fù)案例,Save / Reapply 繪圖設(shè)置選項(xiàng) 選項(xiàng)可以一個(gè)接一個(gè)地保存工程,122,a,可以觀看后處理部分的數(shù)據(jù)，并可以輸出到文本文件,在一個(gè)單獨(dú)的窗口觀看所選擇的數(shù)據(jù)設(shè)置,為應(yīng)用到其它程序如Microsoft Excel 或Tecplo

37、t,輸出數(shù)據(jù)到一個(gè)文本文件,123,a,用Excel畫數(shù)據(jù)圖 的例子,溫度vs時(shí)間圖（輸出到Excel）,124,a,數(shù)據(jù)也可以很容易地輸入到CHEMKIN后處理中,從例如Microsoft Excel輸入逗號/制表符/空格分隔符文本文件,不核查柱標(biāo)題,在控制面板可利用新的繪圖設(shè)置,a,125,主要內(nèi)容,Reaction Design 介紹 CHEMKIN介紹 CHEMKIN安裝 CHEMKIN用戶界面 CHEMKIN化學(xué)設(shè)置 CHEMKIN模型 CHEMKIN后處理 CHEMKIN算例,a,126,模擬的基本步驟,確定建模的方法 能否用理想的反應(yīng)器模擬實(shí)際過程 建立反應(yīng)器（群） 尋找合適的機(jī)

38、理，并進(jìn)行預(yù)處理 確定問題類型并給定初始條件、幾何條件、物理參數(shù) 創(chuàng)建輸入文件，執(zhí)行程序 通過后處理程序分析結(jié)果,a,127,問題求解技術(shù),對于任何問題的定義，可能要求幾種方法來找到解決辦法,0-D模型適合于化學(xué)研究或者證實(shí)系統(tǒng)的效果,高級模型適合于設(shè)計(jì)和處理優(yōu)化問題,a,128,對于復(fù)雜幾何, 模擬通常要求分級進(jìn)行,總的化學(xué)描述 從工程概念來設(shè)計(jì),CHEMKIN,a,129,chem.inp,therm.dat,chem.asc,a,130,絕熱火焰溫度,H2/air 項(xiàng)目名：equilibrium_gas.ckprj Reactor：equilibrium Chem.inp 3種元素：H、

39、O、N 9種物質(zhì)：H2、H、O2、O、OH、HO2、H2O、N2、H2O2 Therm.dat,a,131,絕熱火焰溫度,等壓等焓 初始溫度：300K 壓力：1atm 預(yù)估溫度解：2000K 反應(yīng)物質(zhì)： N2：3.76，H2：2.0，O2：1.0 連續(xù)計(jì)算：改變初溫 400K和500K,a,132,穩(wěn)態(tài)燃燒,大氣壓下H2、N2和O2混合物的燃燒，燃燒溫度隨平衡比的變化 入口條件： 溫度：298K 平衡比：=1.0 燃料成分（摩爾濃度）：80%H2，20%N2 氧化劑成分（摩爾濃度）：79%N2，21% O2,a,133,穩(wěn)態(tài)燃燒,邊界條件： 停留時(shí)間0.03 壓力：1atm 體積：67.4cm3 溫度初始插值點(diǎn)：1700K 改變平衡比：1.01.4，間隔0.05,a,134,模擬結(jié)果,a,