遺傳算法在反應(yīng)動力學(xué)機理簡化中的應(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。為了能準確的模擬火災(zāi)現(xiàn)象，應(yīng)盡量使用能較準確描述燃燒系統(tǒng)的多步、多組分的詳細化學(xué)反應(yīng)機理。然而，燃燒中的化學(xué)反應(yīng)極為復(fù)雜，通常由幾百個基元反應(yīng)組成，涉及幾種至幾十種中間產(chǎn)物。雖然隨著計算機水平的發(fā)展，使用詳盡的反應(yīng)機理進行計算已經(jīng)可以實現(xiàn)。但實際上，由于受到計算機的內(nèi)存容量和運算速度的限制，要把詳細燃燒反應(yīng)機理耦合到火災(zāi)數(shù)值計算中，依舊不現(xiàn)實。因此，對復(fù)雜反應(yīng)體系的反應(yīng)機理進行合理的簡

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，陸續(xù)出現(xiàn)了利用數(shù)學(xué)手段簡化反應(yīng)機理的方法，如計算奇異攝動理論，低維流形技術(shù)和自適應(yīng)列表法等。當(dāng)對詳細反應(yīng)機理進行簡化后，簡化反應(yīng)機理的系數(shù)往往很難確定，為此本文應(yīng)用遺傳算法對簡化反應(yīng)機理的系數(shù)進行優(yōu)化和確定，以便使得應(yīng)用簡化反應(yīng)機理也能取得詳細反應(yīng)機理在燃燒過程中精細的流場結(jié)構(gòu)和污染物的生成等方面預(yù)測的同等效果。優(yōu)化后的簡化反應(yīng)機理取得的成果，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/空氣燃燒的簡化反應(yīng)機理的系數(shù)。 優(yōu)化氫氣/空氣簡化反應(yīng)機理的系數(shù)。通過計算氫氣/空氣詳細反應(yīng)機理得到的組分濃度作為遺傳算法的適應(yīng)度目標，對簡化機理進行優(yōu)化。結(jié)果顯示，優(yōu)化后的簡化機理不僅在計算組分濃度，而且在層流預(yù)混火焰速度和組分時空分布方面，更加接近詳細機理所能達到的計算結(jié)果，比優(yōu)化之前的簡化反應(yīng)機理計算結(jié)果更加準確。

4、 在甲烷19步簡化機理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化簡化機理反應(yīng)速率的系數(shù)，得到優(yōu)化后的簡化機理。并將兩機理的良攪拌模型和層流預(yù)混火焰模型的計算結(jié)果與詳細機理的結(jié)果進行對比。結(jié)果顯示，優(yōu)化后的機理計算結(jié)果更準確，在某些性能上能達到詳細機理的計算精度。 應(yīng)用遺傳算法結(jié)合良攪拌模型確定甲烷兩步反應(yīng)機理的速率常數(shù)和反應(yīng)級數(shù)。通過與甲烷詳細反應(yīng)機理的PSR模型和PREMIX模型的計算結(jié)果相比較，應(yīng)用遺傳算法得到的甲烷兩步反應(yīng)機理在預(yù)