遺傳算法在反應動力學機理簡化中的應用研究.pdf

1、隨著CFD技術(shù)的發(fā)展，火災數(shù)值模擬取得了飛快的發(fā)展。為了能準確的模擬火災現(xiàn)象，應盡量使用能較準確描述燃燒系統(tǒng)的多步、多組分的詳細化學反應機理。然而，燃燒中的化學反應極為復雜，通常由幾百個基元反應組成，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，要把詳細燃燒反應機理耦合到火災數(shù)值計算中，依舊不現(xiàn)實。因此，對復雜反應體系的反應機理進行合理的簡

2、化處理，已成為模擬方法能否應用于火災模擬的關(guān)鍵所在。 近年來，陸續(xù)出現(xiàn)了利用數(shù)學手段簡化反應機理的方法，如計算奇異攝動理論，低維流形技術(shù)和自適應列表法等。當對詳細反應機理進行簡化后，簡化反應機理的系數(shù)往往很難確定，為此本文應用遺傳算法對簡化反應機理的系數(shù)進行優(yōu)化和確定，以便使得應用簡化反應機理也能取得詳細反應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測的同等效果。優(yōu)化后的簡化反應機理取得的成果，可以應用到火災數(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機理的系數(shù)。 優(yōu)化氫氣/空氣簡化反應機理的系數(shù)。通過計算氫氣/空氣詳細反應機理得到的組分濃度作為遺傳算法的適應度目標，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)化之前的簡化反應機理計算結(jié)果更加準確。

4、 在甲烷19步簡化機理的基礎上，應用遺傳算法優(yōu)化簡化機理反應速率的系數(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。 應用遺傳算法結(jié)合良攪拌模型確定甲烷兩步反應機理的速率常數(shù)和反應級數(shù)。通過與甲烷詳細反應機理的PSR模型和PREMIX模型的計算結(jié)果相比較，應用遺傳算法得到的甲烷兩步反應機理在預