遺傳算法在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理簡(jiǎn)化中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著CFD技術(shù)的發(fā)展，火災(zāi)數(shù)值模擬取得了飛快的發(fā)展。為了能準(zhǔn)確的模擬火災(zāi)現(xiàn)象，應(yīng)盡量使用能較準(zhǔn)確描述燃燒系統(tǒng)的多步、多組分的詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。然而，燃燒中的化學(xué)反應(yīng)極為復(fù)雜，通常由幾百個(gè)基元反應(yīng)組成，涉及幾種至幾十種中間產(chǎn)物。雖然隨著計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展，使用詳盡的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行計(jì)算已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。但實(shí)際上，由于受到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量和運(yùn)算速度的限制，要把詳細(xì)燃燒反應(yīng)機(jī)理耦合到火災(zāi)數(shù)值計(jì)算中，依舊不現(xiàn)實(shí)。因此，對(duì)復(fù)雜反應(yīng)體系的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行合理的簡(jiǎn)

2、化處理，已成為模擬方法能否應(yīng)用于火災(zāi)模擬的關(guān)鍵所在。 近年來(lái)，陸續(xù)出現(xiàn)了利用數(shù)學(xué)手段簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理的方法，如計(jì)算奇異攝動(dòng)理論，低維流形技術(shù)和自適應(yīng)列表法等。當(dāng)對(duì)詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)化后，簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理的系數(shù)往往很難確定，為此本文應(yīng)用遺傳算法對(duì)簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理的系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和確定，以便使得應(yīng)用簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理也能取得詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理在燃燒過(guò)程中精細(xì)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和污染物的生成等方面預(yù)測(cè)的同等效果。優(yōu)化后的簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理取得的成果，可以應(yīng)用到火災(zāi)數(shù)值模擬方

3、面，并且對(duì)發(fā)展清潔高效滅火方法具有重大意義。 在本文中，主要是應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化和確定氫氣/空氣，甲烷/空氣燃燒的簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理的系數(shù)。 優(yōu)化氫氣/空氣簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理的系數(shù)。通過(guò)計(jì)算氫氣/空氣詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理得到的組分濃度作為遺傳算法的適應(yīng)度目標(biāo)，對(duì)簡(jiǎn)化機(jī)理進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果顯示，優(yōu)化后的簡(jiǎn)化機(jī)理不僅在計(jì)算組分濃度，而且在層流預(yù)混火焰速度和組分時(shí)空分布方面，更加接近詳細(xì)機(jī)理所能達(dá)到的計(jì)算結(jié)果，比優(yōu)化之前的簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。

4、 在甲烷19步簡(jiǎn)化機(jī)理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化簡(jiǎn)化機(jī)理反應(yīng)速率的系數(shù)，得到優(yōu)化后的簡(jiǎn)化機(jī)理。并將兩機(jī)理的良攪拌模型和層流預(yù)混火焰模型的計(jì)算結(jié)果與詳細(xì)機(jī)理的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，優(yōu)化后的機(jī)理計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確，在某些性能上能達(dá)到詳細(xì)機(jī)理的計(jì)算精度。 應(yīng)用遺傳算法結(jié)合良攪拌模型確定甲烷兩步反應(yīng)機(jī)理的速率常數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)。通過(guò)與甲烷詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的PSR模型和PREMIX模型的計(jì)算結(jié)果相比較，應(yīng)用遺傳算法得到的甲烷兩步反應(yīng)機(jī)理在預(yù)