Cantera rakendusvõimalused koos näidetega

2. Kineetika rakendused simulatsioonis

2.1. Stöhhiomeetrilised koefitsiendid

Stöhhiomeetria kirjeldab, kui palju ja missuguses suhtes osalevad ained keemilises reaktsioonis ning millised on saaduste kogused. Reaktsioonivõrrandi stöhhiomeetrilised koefitsiendid määravad reaktiivide ja toodete moolsuhted, mis on aluseks nii massibilansi koostamisel, kiirusvõrrandite kirjutamisel kui ka reaktsioonivõrkude simulatsioonis.

Üldkujul võib reaktsiooni i kirjutada:

Kuidas Canteras stöhhiomeetriat lugeda?

Cantera pakub otsejuurdepääsu reaktiivide, toodete ja neto koefitsientidele. Nimekujud võivad versiooniti erineda (eriti MATLAB-i liideses), seega on toodud nii “klassikalised” kui ka uuemad nimetused.

MATLAB (olenevalt versioonist):

• stoich_r(g, species, rxns) või reactantStoichCoeffs(g) → reaktiivide koefitsiendid,
• stoich_p(g, species, rxns) või productStoichCoeffs(g) → saaduse koefitsiendid,
• stoich_net(g, species, rxns) või arvuta ise productStoichCoeffs(g) - reactantStoichCoeffs(g).

Kus „a“ on kindlate omadustega valitud katsetatav element (kogumik), „species“ on mooli(X) -või massifraktsioonid(Y) ning „rxns“ on maatriksi element (k,i), „k“ on kogumiku sees olevate elementide arv ning „i“ on reaktsiooni arv.

Argumendid:

• g – Cantera faasiobjekt (nt Solution('gri30.yaml')),
• species – valikulised liigiindeksid (nt [] või 1:nspecies),
• rxns – valikulised reaktsiooniindeksid (nt [] või 1:nreactions).

Kui species ja rxns jätad täitmata, tagastatakse täismaatriks mõõtudega (liigid × reaktsioonid) (sageli hõre maatriks).

Näidis, reaktiivide koefitsientidest (g = GRI 30).

Täpsustuseks: näites toodud koodi osa set()… sisaldab lõpus osasid, CH4:1,O2:2. numbrid metaani ja hapniku taga iseloomustab nende osakaalu reaktsioonis. Üldiselt arvestatakse neid moolides.

Proovida ka: 

>> set(g,'T',2000,'P',oneatm,'X',ones(nSpecies(g),1));

>> nu_r = stoich_r(g)

nu_r =

Antud koodis:

• annab kõikidele liikidele võrdsed mooliosad;
• see ei muuda steöhhiomeetriat;
• steöhhiomeetria tuleb mehhanismi failist, mitte olekust.

Eeltoodud tulemused on jaotunud veergudeks, kus esimene veerg on liik (mis liiki reaktsiooniga on tegemist, cantera sisene) ja teine veerg on reagendi koefitsient: Järgnev näide on Cantera tulemuste näide.

Liik	Reagentikoefitsient
O	1
H₂	1
OH	0 (sest OH on saadus, mitte reagent)
H	0
kõik ülejäänud	0

Reaktsioonide kiirused

Meetodeid mida kasutatakse on kokku kolm:

• rop_f(a) – kõikide reaktsioonide edasiliikumise kiirus;
• rop_r(a) – kõikide reaktsioonide tagasiliikumise kiirus;
• rop_net(a) – (edasiliikumine – tagasiliikumine).

Kus „a“ on katsetav element (kogumik). Koodi näidis on toodud järgnevalt:

Reaktsioonide edasiliikumise arvutamise näidiskood (g = GRI 30). Pane tähele, et sa seaksid keskkonnaparameetrite puhul temperatuuriks 2000K. Vastasel juhul on tulemused alguses „0“.

Lisaks, on võimalik luua graafik, et illustreerida reaktsioonide edenemise kiirust. Selle jaoks tuleb sisestada käsk:

>> figure(1);

>>bar(rop);

>>legend('Edasiliikumine');

Loodud graafik, reaktsioonide edenemise kiirus. Enamikul reaktsioonidel on tulp null. See on normaalne, sest GRI30 mehhanismis on 325 reaktsiooni, kuid näites kasutatud segus on:

• ainult mõned liigid on reaalselt olemas;
• paljud reaktsioonid vajavad CO, CO₂, OH, HO₂, H₂O, CH₃, N₂ jne;
• kui mõni reagent puudub → reaktsiooni kiirus = 0.

Seepärast on enamus tulpasid null-tasemel.