Cantera-tarkvara teoreetilised alused

Mahureaktor on ühtlane (homogeenne) nullmõõtmeline reaktor, mis käitub füüsikas tuntud kinnise süsteemina – see tähendab, et reaktoril puuduvad sisse- ja väljalaskeavad ning süsteemi kogumass ei muutu. Reaktori maht on fikseeritud ning seinad on vaikimisi adiabaatilised (ei toimu soojusülekannet) ja keemiliselt inaktiivsed (ei toimu pinnareaktsioone). See lihtsustab märkimisväärselt modelleerimist: kogu reaktoriruumi kirjeldavad ühed ja samad termodünaamilised, kineetilised ja keemilise tasakaalu võrrandid.

Cantera võimaldab aga seda baasreaktorit hõlpsasti kohandada. Lisades vajalikke elemente – näiteks seinad, massivoolu regulaatori, vooluseadme/klapi või soojusülekande komponendid – saab muuta süsteemi järgmistes aspektides:

lisada või eemaldada massi (muutes süsteemi avatud süsteemiks)

võimaldada soojusülekannet läbi seinte

arvestada seinareaktsioone

muuta mahtu läbi liikuvate seinade.

Seega on reguleerimismahu reaktor Cantera kõige aluselisem reaktoritüüp, millele saab vajadusel lisada dünaamilisi protsesse, kuid mille algne konfiguratsioon vastab klassikalisele termodünaamika suletud, adiabaatilisele süsteemile.Antud reaktorit määravad neli kindlat parameetri:

• m (mass, kg);
• V (mahtuvus, m³);
• U (siseenergia, J);
• Y_k (iga liigi massifraktsioonid). [20]:

Kogumass muutub reaktori sisse- ja väljalaskeavade voolamise ja ühtlaste faasiliikide tootmise pärast, matemaatiline näidis, valem 17 [20]:

\( \frac{dm}{dt}= \Sigma_{in} m ̇_{in}-\Sigma_{out}m ̇_{out}+m ̇_{wall}, (17) \)

kus,

In/out – on kõikide sisendite ja väljalaskeavade summa.

Mahtuvus muutub seinade liikumise pärast, matemaatiline näidis, valem 18 [20]:

\( \frac{dV}{dt}=∑_wf_wA_wv_w (t), (18) \)

kus, 

f_w – näitab seina otspinda (±1, sõltub sellest, kas seina liikumisel reaktori maht suureneb või väheneb);

A_w – seina pindala;

v_w(t) – seina kiirus, kindla aja funktsioonina.

Kogu siseenergia võrrand, valem 19 [20]:

\( \frac{dU}{dt}=-p\frac{dV}{dt}+Q ̇+∑_{in}+m ̇_{in}h_{in}-h∑_{out}m ̇_{out}, (19) \)

kus,

Q – süsteemi soojuse netomäär.