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《燃烧学基础 》第四章 CHEMKIN 北京大学 工学院
CHEMKIN 介绍
陈 正
北京大学 工学院 力学与空天技术系
《燃烧学基础 》第四章 CHEMKIN 北京大学 工学院 2
Homogeneous Ignition Process
kkk W
dt
dY
P
kkknk
C
Wh
dt
dT
)(1
Time (s)
Mo
lefr
act
ion
Te
mp
era
ture
(K)
0 0.025 0.05 0.07510-9
10-7
10-5
10-3
10-1
1000
1500
2000
2500
T
O
H
OH
CH3
HO2
CH4T
Homogeneous IgnitionCH4/air (Phi=1)
P=1atm,T0=1200K
《燃烧学基础 》第四章 CHEMKIN 北京大学 工学院 3
Homogeneous Ignition Process
Time (s)
XC
H3,
d[C
H3
]/d
t(m
ole
/cm
3s)
Co
ntr
ibu
ctio
nto
d[C
H3]/
dt
10-5 10-4 10-3 10-2 10-1
10-10
10-8
10-6
10-4
10-2
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
d[CH3]/dtXCH3
R156R158 R119
R155
R98R118
R53R11
R11: CH4+O = CH3+OHR53: CH4+H = CH3+H2R98: CH4+OH= CH3+H2OR118: CH4+O2 = CH3+HO2R119: CH3+HO2 = CH3O+OHR155: CH3+O2 = CH2O+OHR156: CH3+O2 = CH3O+OR158: 2CH3(+M) = C2H6(+M)
kkk W
dt
dY
P
kkknk
C
Wh
dt
dT
)(1
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Reaction Design: CHEMKIN
CHEMKIN: cklib.f
http://www.reactiondesign.com
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CHEMKIN Software
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kkk W
dt
dY
P
kkknk
C
Wh
dt
dT
)(1
T0, P, Yk,0
T(t), Yk(t)
cklib.f
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Gas phase kinetics subroutine library
kkk W
dt
dY
P
kkknk
C
Wh
dt
dT
)(1
cklib.f
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Input: reaction mechanism
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Three-body reactions
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Pressure-dependent reactions
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Net production rate: creation rate-destruction rate
I 反应数目K 组分数目
—— 第k个组分的静生成率 [mole/m3s]
生成率：
消耗率：
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CKWYP in cklib.f
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Other subroutines
Pressure (EOS) Mean molecular weight
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Thermal dynamic properties
P
kkknk
C
Wh
dt
dT
)(1
NASA Polynomial format
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Themal dynamic data input
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Other thermal dynamic properties
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Quick Reference Guide to cklib.f
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Quick Reference Guide to cklib.f
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Quick Reference Guide to cklib.f
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Quick Reference Guide to cklib.f
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Quick Reference Guide to cklib.f
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Quick Reference Guide to cklib.f
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Quick Reference Guide to cklib.f
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Quick Reference Guide to cklib.f
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Quick Reference Guide to cklib.f
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Sample problem——homogeneous ignition
kkk W
dt
dY
P
kkknk
C
Wh
dt
dT
)(1
Time (s)
Mo
lefr
act
ion
Te
mp
era
ture
(K)
10-4 10-3 10-2 10-110-9
10-7
10-5
10-3
10-1
1000
1500
2000
2500
T
OH
OH
CH3
HO2
CH4
Homogeneous IgnitionCH4/air (Phi=1)
P=1atm,T0=1200K
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cklib.f: Gas phase kinetics subroutine library
INITCK.F : to initialize chemkin database
MAIN_IGNIT0D.F: homogeneous ignition problem
REACTION1.F: to update T and Yi (stiff ODE solver)
REACTION2.F: to update T and Yi (Explicit Euler)
tranlib.f: transport properties subroutine library
VODEJU.F: stiff ODE solver
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Homogeneous Ignition
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Homogeneous Ignition
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VODE solver, implicit scheme for stiff ODEs
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ODE integration: explicit Euler scheme
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ODE integration: explicit Euler scheme
kkk W
dt
dY
P
kkknk
C
Wh
dt
dT
)(1
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Practice
1,For H2/air (equivalence ratio 1.0, constant pressure
P=1atm), plot the ignition delay time (defined as
the time when maximum dT/dt occurs) as a
function of 1000/T0 (T0=1000, 1100, …1600K).
2,For H2/air (equivalence ratio 1.0, constant volume
with P0=1atm), plot the ignition delay time
(defined as the time when maximum dT/dt occurs)
as a function of 1000/T0 (T0=1000, 1100, …1600K).
Compare results from problem 1 and problem 2.
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Practice
3,For H2/air (equivalence ratio 1.0, constant volume with P0=1atm, T0=1400K):
kkk W
dt
dY
P
kkknk
C
Wh
dt
dT
)(1
Method I:
Method II:
kkk W
dt
dY
T
T kPkk
NS
kkk dTTChThwithhThYTh
0
)()()()( ,,00
1
)(/])([ 0 oldP
oldoldnew TChThTT
The temperature is updated via Newton iteration:
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