ИСТИНА

Разработка методов, алгоритмов, программ и баз данных для построения предсказательных детальных, редуцированных и глобальных физико-химических механизмов горения с помощью высокопроизводительных вычислительных систем

В ходе выполнения проекта были решены следующие задачи: I) Разработан алгоритм автоматической генерации детальной кинетической схемы горения углеводородов. II) Описана расширенная классификация химических реакций углеводородных молекул в неравновесной химически активной плазме. III) описаны алгоритмы оценки термодинамических и кинетических данных углеводородов. IV) Созданы интегрированные базы данных термохимических и кинетических свойств веществ и процессов. V) Создана программа Thermo Predictor предназначеная для расчета термодинамических констант органических молекул. VI) Разработан программный модуль Mechanism Reduction, который является инструментом для упрощения механизмов, отвечающим заданным требованиям. Этот модуль упрощает кинетические механизмы и позволяет систематизировать важную на сегодняший день задачу об упрощении кинетических механизмов с помощью девяти различных методов упрощения. VII) Развитая методика применена для моделирования горения н-гептана и плазменно-стимулированного горения метана, этилена, н-бутана и метил-нафталина, а также для моделирования газификации суррогата тара (газофазной компоненты получающейся на первой стадии газификации угля). В частности, по задаче I) предложена архитектура и дано структурно-функциональное описание оригинальной системы автоматической генерации механизмов горения углеводородов как в газовой, так и в плазменной фазе. Сформулированы технические требования (для компьютерной реализации) к а) машинно-читаемой форме представления участников реакции (реагентов, интермедиатов, продуктов), б) алгоритму работы генератора кинетических схем в целом, в) алгоритму формирования списка реакций, г) подсистеме хранения описаний участников реакции. По задачам II) и III) различные варианты классификации реакций, соответствующих им наборов данных и простых оценок констант скорости и сечений по порядку величины были собраны и дополнены оригинальными качественными подходами. По задаче IV) в результате выполнения проекта были созданы базы данных интегрированные в среду моделирования Chemical WorkBench: а) База данных для оценки термодинамических свойств сложных органических соединений по аддитивной схеме Бенсона, б) База значений потенциалов ионизации и энергий сродства к электрону молекул и радикалов, содержащих атомы С, H, O и N, В), база данных для оценки энергий активации термических реакций нейтральных молекул по правилу Поляни-Семенова, г) база поляризуемостей молекул и радикалов, содержащих атомы С, H, O и N. Важным компонентом концепции генерации механизмов является созданная программа Thermo Predictor предназначеная для расчета термодинамических констант органических молекул по схеме Бенсона. Она включает в себя средство управления базой данных молекулярных групп, графическим редактором вводимых структур и модуль расчета термодинамических параметров. Программная реализация предполагает клиент-серверную модель взаимодействия с базой данных, что делает базу структур доступной для работы в многопользовательском режиме. Развитая в пунктах I-VI методика генерация механизмов и её программная реализация была апробирована на важных с методической точки зрения примерах: создание механизма горения н-гептана и разработка механизма горения метана, этилена, н-бутана и метил-нафталина в условиях неравновесной плазмы. Построенные механизмы были апробированы на задачах само воспламенения и воспламенения топливно-воздушной смеси в неравновесном импульсно-периодическом разряде наносекундной длительности. Сравнение с экспериментальными данными показывает адекватность используемого кинетического механизма, полученного с помощью разработанного подхода.