CHEMKIN4.0.1入门指南讲诉

Chemkin模型学习读书笔记一、模型总体介绍大型气相动力学计算软件包Chemkin(chemical kinetics）可以用来解决带有化学反应的流动问题，是燃烧领域中普遍使用的一个模拟计算工具。

该软件是1980 年美国Sandia 国家实验室Kee R. J. 等人开发并推出的，经几次完善发展，至今已开发出了第6个版本CHEMKIN 4.0.2。

chemkin有多种针对不同模型的应用程序，在4.0版本中共有23种计算模型，分6大类：○1封闭的0维反应器：包括封闭的内燃发动机模型(closed internal combustion engine simulator)，封闭的同质反应器(closed homogeneous batch reactor),封闭的部分搅拌反应器(closed partially stirred reactor)和封闭的等离子反应器(closed plasma reactor)。

顾名思义，此类模型没有出入反应流，只根据反应器的初状态计算其末状态的参数。

○2开放的0维反应器：包括良搅拌反应器PSR(perfectly stirred reactor)，等离子良搅拌反应器(plasma PSR)和部分搅拌反应器(partially stirred reactor)。

此类模型需要定义入流的流量、种类和温度等信息，计算后会给出出口的状态参数。

○3流动反应器：包括栓塞流反应器(plug-flow reactor)、等离子栓塞流反应器(plasma plug-flow reactor)、平面层流反应器(planar shear flow reactor)、圆柱形通道内的层流反应器(cylindrical shear flow reactor)和蜂窝整料反应器(honeycomb monolith reactor)。

此类模型考虑流动中的化学反应，主要是表面反应。

○4火焰模拟反应器：包括预混层流燃烧器－稳定的火焰(premixed laminar burner-stabilized flame)、预混层流火焰－火焰速度计算(premixed laminarflame-speed calculation)、和扩散/预混对撞火焰(diffuseion or premixedopposed-flow flame)。

chemkin中ford重新定义正向反应时某组分反应级数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以描述整篇文章的背景和要解决的问题。

以下是对概述部分的一个可能的编写：在化学动力学研究中，正向反应的定义和测量是非常重要的，因为它们直接影响到反应速率和反应机理的研究。

然而，在某些情况下，传统的Ford反应级数定义可能无法准确地描述某些组分的反应级数。

本文的目的是探讨使用Chemkin软件中的Ford反应重新定义正向反应时，某组分的反应级数的变化。

我们将介绍Ford重新定义正向反应的背景和方法，并分析这一方法对该组分反应级数的影响。

通过对Ford反应的背景和方法进行详细描述，我们希望能够更好地理解正向反应的定义和计算方式，并进一步探讨Ford反应定义对反应级数的影响。

这将有助于我们更准确地研究和理解化学反应的速率和机理。

在本文的结论部分，我们将总结对Ford重新定义正向反应的分析，并提出对今后研究的一些建议。

通过这些分析和总结，我们将对Ford反应的重新定义及其对正向反应的影响有更深入的理解。

综上所述，本文将对Chemkin软件中Ford反应的重新定义正向反应时某组分反应级数进行深入探讨。

我们相信该研究对于进一步理解化学反应的速率和机理将具有重要的意义。

1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构展开讨论Ford如何在Chemkin中重新定义正向反应的方法。

首先，我们将介绍Ford重新定义正向反应的背景，包括其研究意义和现状。

接着，我们将详细阐述Ford重新定义正向反应的方法，并对其进行逐步解析和讨论。

在此过程中，我们将包括对Ford方法的原理和实施步骤的解释，以及对其应用的案例研究和实证分析。

最后，我们将总结Ford重新定义正向反应的影响，并提出对其未来发展的展望。

通过本文的研究，我们旨在揭示Ford重新定义正向反应的重要性和应用潜力，为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。

1.3 目的本文的目的是探讨在Chemkin中，使用Ford方法重新定义正向反应时，对于某组分的反应级数的影响。

CHEMKIN-PROApplicationsMorning Session9:00 –12:00Agenda –Day 2: CHEMKIN-PRO Applications●Overview of CHEMKIN-PRO●Multi-zone IC engine Model●*** BREAK (10:30)***●Reaction Path Analysis●*** LUNCH (12:00)***●Particle Tracking2CHEMKIN Product Feature Comparison3CHEMKIN-PRO New Features●Increase Your Productivity–New 64-bit Windows (Vista and XP) versions allow for more memory use then 32-bit CHEMKIN 4.1–Alert the user immediately regarding machine limitations –New Progress Indicator: know exactly where you are in the calculation process–More intuitive GUI workflow to streamline navigating tasks–Less cumbersome initial guesses4CHEMKIN-PRO New Features●Model Real Fuel Chemistries–Allow reaction mechanisms to include more than one reaction sub-set with different units–Mix-and-match different reaction mechanisms within the same projects file●Simulate more Realistic Engines–Additional heat-release parameters for IC Engine output–Heat release rate provided both in terms of heat-release per time and heat-release per crank angle –Allow use of a non-conventional piston motion in IC Engine models5A Faster CHEMKINFaster on Simple Models●Comparison to Chemkin II (Historical Standard)7Faster on Complex Models8Multi -Zone EngineSimulator10Why is the Multi-Zone Engine Simulator Important?●Understand how CO and HC are formed in different zones of the combustion chamber●Understand how ignition is affected by in-cylinder conditions●Accurately simulate emissionsLower temperaturesnear the walls (COand soot formation)Ignition & HighTemperature in BowlCHEMKIN-PRO Multi-zone Modeling●Homogeneous Charge CompressionIgnition (HCCI) gives gasoline enginesdiesel-like efficiency●Ignition is controlled by kinetics andengine conditions●CFD can not handle the kineticsIgnition11Application:Multi-Zone EngineSimulatorCHEMKIN-PRO Multi-zone Engine Simulator ●Permits the use of detailed combustionchemistry–Ignition timing–Pollutant formation●Addresses in-cylinder temperature and/orcomposition inhomogeneities–Local heat loss–Residual gas or recycled exhaust gas●Facilitates parametric studies13Zone Description●Zones are imaginary regions–Floating and non-contiguous–Total zone volume must equal to cylinder volume●Pressure is uniform inside the cylinder●No mass or heat transfer takes placebetween the zones–Each zone is a closed homogeneous reactor●Zones interact with each other throughpressure work1415●A 10-zone model is used in the simulation:●All zones have the same initial gas composition●A natural gas mechanism (up to C4) is used35251810521112Mass %CoreBoundaryLayerCreviceRegionWall Area %Zone #712223243531221696109876Lower temperaturesnear the walls (COand soot formation) Ignition & HighTemperature in the CoreZone Definitions16●CHEMKIN multi-zone model can be used in thehybrid approach for HCCI engine simulation–Hybrid approach is a two-step simulation process1.A CFD code is used to obtained in-cylinder temperaturedistribution before chemical kinetics becomes important2.The multi-zone model will calculate zone properties usingdetailed chemical kinetics and temperature information from theCFD solution●Zone temperature may be determined in two ways–Constrained with a given temperature vs. time profile–Solved with the energy equation●Transition angle is a model parameter specifyingwhen the energy equation will be used tocompute the zone temperatureHybrid Approach17Wall Heat Transfer●Zones can exchange heat with cylinder wall –Each zone has its own wall heat transfer rate●Zone wall heat transfer rate is computed from zone wall heat transfer coefficient, zonetemperature, and zone wall surface area–Wall heat transfer coefficient is calculated by the Woschni correlationÑThe same set of heat transfer model parameters is appliedto all zones–Zone wall surface area is given as a constant fraction of instantaneous cylinder wall surface areaÑA zone can be made adiabatic by setting its wall surfacearea fraction to zero18User Interface●Reactor properties panel is the same as the single zone model●Zone mass/volume fraction, temperature (profile), initial composition, and wall heat transfer area fraction can be assigned individually● A transition angle (or time) can be specified to turn on the energy equation19●Engine parameters●Fuel–Natural gas/Air, φ= 0.25921Compression ratio 26 cmConnecting rod length 14cmStroke 1000 rpmEngine speed 12.065 cmBore 1600 cm 3Displacement volume Vol %component 91.1CH 40.50.61.41.74.7CON 2n-C 4H 10C 3H 8C 2H 6The 2-bar Boost Case from Aceves et al., SAE 2000-01-032720●Ignition isdetermined by the hottest zone ●Temperatures in cold zones drop quickly due to wall heat loss after the energy equation is turned on –Allow zones to havedifferent heat transfer parameters 600800100012001400160018002000-20-1001020Crank Angle (degree ATDC)T em p er a tu r e(K)single-zone 10-zone aveZone 1Zone 2Zone 3Zone 4Zone 5Zone 6Zone 7Zone 8Zone 9Zone 10use temperature profile solve energy equationθt =-3Using Temperature Profile from CFD21Multi-zone Model●Open Samples problem: ic_engine__multizone.ckprj ●Explore the interface ●Run the example ●Plot temperature resultsHANDS ON22Results from Multi-Zone Engine Simulator ExampleTemperature Distribution in the HCCI EngineIgnitionHANDS ONReaction Path AnalyzerCHEMKIN-PRO’s Reaction Path Analyzer●Key tool for mechanism reduction●Graphically explore reactionmechanism bottlenecks●Identify crucial species andreactions●See the underlying chemistry inyour process●Can be used withall CHEMKIN-PRO reactors●Can be used with sensitivityanalysis24Reaction Path AnalysisInfluence of primary andsecondary radical pathsin the formation of COStart and end speciesRestricting by elementNumber of species drawnVary the point within thesolutionPlots of:Rate of ProductionForward and ReverseComposition25Reaction Path AnalysisLayout optionsLine shape and labelingRelative sizing of linethickness“Side Species”color chartA side species will not bein a diagram, but reactionpaths can be colored bytheir influence26ApplicationReaction Path Analyzer28Reaction Path Analysis Example●Open Samples problem:closed_homogeneous__transient.ckprj●Run Problem●Under Analyze Results select “Analyze Reaction Paths”●Examine how Water is produced in Hydrogen Combustion processHANDS ON29Reaction Path Analysis Example1)Add H2O as a species from the “Species List”2)Select H2 as a Start species and H2O as anEnd species in the “Species Selection”list 3)Remove all Side Species4)Select ignition region on the Temperature plot On “Preferences”tab:1)Select Minimum (relative) ROP drawn 2)Draw line labels all the time 3)Put boxes around the speciesHANDS ONCHEMKIN -PRO ApplicationsAfternoon Session 13:00 –16:00Particle TrackingWhy Particle Chemistry?Have you ever wondered?:●Will my new engine design meet emissionsregulations?●How will different fuels affect particleproduction?●How can I predict particle formation in mymicroelectronics deposition process?Particle Tracking can helpanswer these questions32Ability to Model a Variety of Chemical Interactions●Particle Tracking feature has the ability tosimulate all gas and surface-phase chemicalinteractions, as well as particle-particleinteractionsGas SpeciesSurfaceSpeciesParticle33What is the Particle Tracking?●A utility in CHEMKIN PRO (add-on in 4.1.1)●Enables particle-size distribution tracking●Includes nucleation, coagulation, surface reactions●Reactor models that can be coupled with Particle TrackingBatch ReactorPSRPFRShear FlowPremixOppdif34Industry Applications●Automotive–Soot generation and growth●Propulsion–Aluminum oxide particles●Microelectronics–Silica particles●Materials–Carbon black●Environment–Aerosols35Methodology (1)●Method of Moments–Soot particle simulation by Frenklach and Harris●Evolution of particle size distribution–Moment 0 »total number density–Moment 1 »total mass or total volume–Fractional moments »avg.diameter, surface area 3637●Particle size/class == Number of bulk species in the particle●Mass growth == deposition of certain gas species (such as carbon) on the particle surface●Multiple nucleation pathways ●Coagulation model–Free molecular –Transition –ContinuumMethodology (2)38PTM User Inputs●Gas-phase mechanism: gaseous reactions leading to formation of nucleation precursors ●Surface mechanism: nucleation and gas-particle interactions●Thermodynamic data●Transport data (shear flow, premix, and oppdif)Outputs●Average particle properties–Diameter–Surface area–Volume●Thermodynamic and flow properties of thegaseous mixture39Surface Chemistry Representation (1)●Particle material–Represented by bulk species–Bulk species created in nucleation reaction●Particles composition–Defined by a different surface material andassociated reactions40Surface Chemistry Representation (2)●Nucleation reactions–Initial particle formation from gas-phase species –Define inception particle class and initial surface coverage on the particles–A particle can be formed by multiple nucleationreactions41Surface Chemistry Representation (3)●Chemical processes on particle surface–Surface reactions input●Surface coverage state–Statistical average for all particles–Determines particle reactivity●Particles grow if–the surface reaction results in a net gain of bulk species (and vice versa)4243Example –Surface chemistry input fileMATERIAL SOOT_PARTICLE DISPERSEDENDSITE/PolyC/ SDEN/3.341E-9/H(se) open(se)! se indicates edge or active site. ENDBULK C(B)/1.8/ENDREACTIONS! nucleation from PAH2A4=> 32C(B)+20H(se)+28.72open(se) 9.0E09 0.5 0.0NUCL ! HACA growthH+H(se) => open(se)+H2 4.2E13 0.0 13000.0open(se)+H2 => H(se)+H 3.9E12 0.0 9320.0open(se)+H => H(se) 2.0E13 0.0 0.0 H(se)+OH => H2O+open(se) 1.0E10 0.734 1430.0 H2O+open(se) => OH + H(se) 3.68E8 1.139 17100.0 open(se)+C2H2 => H(se)+2C(B)+H 8.0E7 1.56 3800.0 ! PAH condensationA1+open(se) => H(se)+6C(B)+5H 0.60.0 0.0STICKFORD/open(se) 2.0/DCOL/4.E-8/Inception particle classParticle bulk compositionGrow particle by 2 classes Nucleation reaction Grow particle by 6 classes Indicates a dispersed phase and activates PTMBulk density44Additional Particle Tracking Capabilities in CHEMKIN PRO●Particle Tracking is now available with all of the CHEMKIN Flame reactors–Burner Stabilized Flame –Flame Speed Calculator –Diffusion Flame●Who might be interested in flame + soot capability?–Potential customers working on flame synthesis of particles –Anyone conducting experiments with sooting flames45Typical Particle Tracking ResultsTNucleation RateMean DiameternGrowth RateVolume of ParticlesApplication:Soot Oxidation andGrowth47Application: Soot Formation and Growth●JSR/PFR system developed at MIT (Marr, 1993)●The influence of mass diffusion on gas-phase species is minimized in this configurationHANDS ON48Application: Chemistry Set●Gas-phase: C 2H 4/O 2/N 2(includes formation of PAH precursors)●Surface mechanism (includes nucleation, oxidation and HACA and PAH condensation reactions)HANDS ON491.Open samples project:“\samples45\reactor_network_soot_JSRPFR”2.Pre-process chemistry3.Review various panels4.Run Model5.Post-process Testing PFR results6.Plot various gaseous PAH pre-cursors7.Plot avg particle diameter and number density as afunction of distanceApplication: Soot Formation and Growth HANDSONJSR Ignition (Soot Formation)PFR TransitionSectionPFR TestingSection50Application: Results HANDS ONEnd of CHEMKIN-PRO Applications。

chemkin安装成功，总结⼀下经验
真得挺困难的，终于功夫不负有⼼⼈，安装成功了。

chemkin是计算化学反应动⼒学的⼤型软件，现在研究天然⽓发动机，我想⽤它来计算⼀下化学反应的问题，所以想学学他，没想到在安装过程中遇到了很⼤的困难。

⾸先，我的机器上装了windows版本的star-cd ，安装了exceed,还安装了catia，不知道这些软件怎么了，我每次安装chemkin，都觉得安装上了，但是找不到任何.exe执⾏⽂件，桌⾯上也没有快捷⽅式。

整个⼀个空城计。

看来我的电脑是不⾏了，只能在实验室找台机器安装了。

找了⼀台机器，安装了chemkin4.0，这下挺好，⼀下了就安装了，把我⾼兴坏了，可是难题也出现了，license⼀直都不好⽤。

弄得我没有任何办法。

看到⽹上有chemkin4.1，我就下载了，安装在机器上，很容易就安装了，license⼀下就安装上了，但是不好⽤，我详细看了⼀下，终于发现了问题，简单修改⼀下，⼀切都ok了。

1、chemkin 4.0⽹上流⾏的破解license，只能和破解的chemkin配合使⽤，不能和正版的配合⽤。

那样是⾃讨苦吃。

2、破解的license能⽤写字板打开，要把HOSTID=ID=********,替换成HOSTID=****（⾃⼰机器的physcial address)
3、physcial address，可以通过 inpconfig /all 的命令来找到。

CHEMKIN 使用方法1打开CHEMKIN窗口1）登陆Athena2）在Athena界面上输入athena% add chemkinathena% chemkin3）接下来软件窗口打开图1．Chemkin软件窗口4）可以从Chemkin窗口选取需要应用的运行程序。

可利用的功能和可运用程序描述如下：● Aurara: 完全混合反应模拟器● Creslaf: 通道流体模拟器● Equil: 平衡状态模拟器● Oppdif: 两个对立喷嘴之间的火焰传播● Plug: 化学反应器中的柱塞流模拟● Premix: 稳态的，层流，一维预混合火焰模拟● Senkin: 预测封闭系统中均相气态化学机理的敏感性分析● Shock: 预测产物在入射激波和反射激波后的状态● Spin: 模拟一维旋转反应器● Surftherm: 分析气相和表面化学反应机理中和热力化学和动力学数据在下一个部分我们将描述如何使用Equil应用程序。

其他应用程序可以以相类似的方法使用。

然而，Equil和其它的应用程序有一个本质的区别。

Equil应用程序不利用机理数据，而其它应用程序使用到。

2.如何使用Equil应用程序Equil计算理想气体和溶液混合物的化学平衡状态1）在Chemkin窗口中点击Equil按钮2）窗口如图2所示图2．Equil应用程序窗口3）为了计算平衡状态，需要产生两个输入文件：chem.inp 和gas_equuil.inp。

4）如果你点击气相化学文件的编辑按钮，你可以看到和编辑的化学输入文件如图3所示。

化学输入文件包括元素和组分数据。

图3．化学输入文件5）你可以创建你自己的文件和文件名来取代原有的默认的文件形式。

但是文件是在指定的路径中。

为了生成输入文件，或者使用文本编辑器在Athena和个人电脑上编辑和通过FTP 发送到Athena上。

6）接下来，你需要产生气相平衡输入文件。

当你点击Equil的编辑按钮，你将会见到图4图4．气体平衡应用程序输入文件图4中各个参数含义如下：● REAC 代表反应物；由一个化学符号代表一种反应物和他们在混合物中的摩尔数。

化工仿真模拟软件使用换热器：ＨＴＲＩ和ＨＴＦＳ都是国际著名的换热器工艺计算软件，你需要了解其意思方可用于实际1. ASPEN2. PROII3. CHEMCAD4. HYSYS5. ECSS所列软件中，1,2,4是工程公司常用软件，3,5一般在国内高校用用，不适合工程设计，至于1,2,4哪个更好，其实还要看具体的工艺过程，比如HYSYS，在油气工程领域就有着极高的精度和准确性，HYSYS仅仅是石化中使用较多，HYSYS买给Honeywell已经改名叫UniSim了ASPEN是设计院使用更为合适一些，但价格昂贵，不过可以计算固体、燃烧等模块是HYSYS，PRO/II不能比拟的，比较全面，但界面比较凌乱。

你要模拟个氮肥装置，恐怕还是aspen 的好，单体设备的校核型核算，PRO2又是个最简单最合适的选择，PR方程精度较高（其实也就是HYSYS主推的），PRO/II价格便宜,简单多了.搞天然气开采的可能只能选HYSYS，但ASPEN并不是不好啊.至于CHEMCAD、和青岛ECSS等软件，实际工程中均使用不大，ASPEN把HYSYS的公司也收购了。

实际上最终就是ASPEN和PRO/II谁能当老大。

难受的是，这些均为国外软件，青岛ECSS软件是中国国产的唯一一套，使用起来又无法同国外相比。

惨！常用的工艺计算软件化工工艺设计涉及大量的计算，主要的有工艺流程的模拟，管道水力学计算，公用工程管网计算，换热器设计计算，容器尺寸计算，转动设备的计算和选型，安全阀泄放量和所需口径的计算，**泄放系统，控制阀Cv计算和选型，等等。

这些计算过程通常都有专用的商业软件或者是工程公司自行开发的软件或者计算表格。

大的设计公司通常也会指定公司用于以上设计过程的软件或经过确认的表格。

下面就我的经验来看看常用的一些软件。

1. 工艺流程模拟：ASPEN Plus∙Pro II∙HYSYS∙ 2. 管道水力学计算：通常是工程公司自备的EXCEL表格，没必要使用专用软件。

软件版本：Reaction.Design.Chemkin.v4.1.WiNNT2K-oDDiTy一、安装很简单：1.setup.exe2.复制crack中的reaction.lic文件到安装路径下的Reaction\licenses目录下3.重启电脑XP和Windows 7 32bit（兼容模式）运行都没问题，但是windows 7 64bit不能用。

提示：ERROR: setPlatform(): Did not find a setting for Windows NT (unknown)^6.1解决方法：找到安装目录下：Reaction\chemkin41_pc\data文件夹，修改OSName_Map.properties文件，其中添加：Windows\ NT\ (unknown)^*=WINNT即将文件修改为：###################### Java OSName and OSVersion Strings #################################################################################################### OSName ^ OSVersion = Platform Number####### Any whitespace must be "escaped" with \ character####### * matches any OSVersion####### File is NOT searched in Order Listed Below; Ordering is Random########################################################################### Windows\ NT^4.0=WINNTWindows\ 2000^*=WINNTWindows\ 2003^*=WINNTWindows\ XP^*=WINNTWindows\ NT\ (unknown)^*=WINNTAIX^*=AIXIrix^*=SGIIrix64^*=SGISunOS^*=SUNHP-UX^B.11.00=HP11HP-UX^B.11.11=HP11HP-UX^B.11.20=HP11iHP-UX^B.11.22=HP11iCompaq's\ Digital\ UNIX^*=ALPHAOSF1^*=ALPHALinux^*=LINUX###########################################################################保存后便可打开CHEMKIN软件，注：WIN7是在兼容模式下运行的。

ChemKin4.0 操作入门安装：运行setup.exe。

然后把carck文件夹中的chemkin.lic文件拷到安装目录下的licenses文件夹中。

一、新算例设置的基本操作1、建立新工程2、设定反应器模型在左侧models面板双击所需反应器模型，如PSR模型，则反应器模型出现在右边的Diagram View面板，下角Update project按钮变成黄色。

当设定好模型后，点击该黄色按钮确定，按键变成灰色，方可进入下一步反应机理设定。

3、设定反应机理在左侧，Open Projects面板，双击Pre-Processing。

进入机理设置界面。

Working Dir 是所有计算结果，包括工程文件的存储位置，自行设定。

点击New Chemistry Set，设定机理文件，必须设定Gas Phase Kinetic File—后缀为.inp；Thermodynamic Data File――后缀为.dat，都通过设定路径来设定。

设好后Save As…，确定，就变成下面的样子，点Run Pre Processor。

运行成功则View Results….变成黑色，Cluster变成黑色，没有跳出任何消息框。

运行成功方可进行计算的初始参数设定。

在cluster中，●properties选求解Gas Energy Equation，●C1表示反应器，在reactor physical properties中设置停留时间、温度、压力、体积、热损失等项。

注意单位。

表面项和传输项设置留待诸位研究设置方法。

在species specific data 中设置反应器中原有的物质组分，要各组分的fraction加起来＝1。

这一项我的计算中不需要设置。

注意，此处设置的温度为牛顿迭代计算的初值，默认条件下等于入流温度。

●R1表示入流。

入流可以有多个，比如我的先进再燃就有5个入流，入流再多也应该没有关系，进去就都一样了，看设置参数的方便而定。