1. Cantera programmi tutvustus


Cantera on tarkvaratööriistade kogum, millega saab lahendada mitmesuguseid probleeme, mis on seotud keemilise kineetika, termodünaamika ja ainete ülekandeprotsessidega. Täpsemalt saab programmi kasutada selleks, et hinnata erinevate segude termodünaamilisi ja ülekandeomadusi, arvutada keemilist tasakaalu, simuleerida põlemist, arvutada akude pingeid, modelleerida õhukeste kilede sadestamist, hinnata reaktsioonikiiruseid erinevates keskkondades, teostada kineetikasimulatsioone reaktsioonimehhanismidega, rakendada ühe-mõõtmelisi leegi mudeleid, analüüsida reaktsioonide kulgu ning modelleerida mitteideaalseid vedelikke.

Programm on üle 18 aasta vana ning selle algne arendaja on Dave Goodwin. Cantera on avatud lähtekoodiga tarkvara (open-source) ning algselt kirjutatud C++ keeles. Kaasaegsel kasutajal soovitatakse seda kasutada peamiselt Pythoni või MATLABi kaudu, kuid see on kasutatav ka C++ ja Fortran 90 keskkondades.

Cantera õppimiseks on olemas põhjalikud juhendid ja näited erinevatele tarkvaraversioonidele. Tarkvara töötab nii Windowsi, macOS-i kui ka Linuxi operatsioonisüsteemides.


Programmi struktuur

Sisendfailina kasutatakse .cti, .xml või .yaml formaati. Programmi põhiline keel on C++, mida kasutatakse skriptifailides. Rakendusprogrammide loomiseks kasutatakse seevastu enamasti MATLABit või Pythonit. Rakendusprogrammide abil saab luua erinevaid simulatsioone: kasutaja eest „peidetud“ võrrandite ja mudelite põhjal arvutab programm välja püstitatud probleemi lahenduse. Sisendfailis on kirjeldatud kõikide ainete ja segude reaktsioonid, mudelid ning eriomadused (termodünaamika, ülekandeomadused). Termodünaamiliste omaduste hulka kuuluvad temperatuur, rõhk, entalpia, siseenergia, entroopia ja keemiline potentsiaal. Gaaside ja vedelike ülekandeomadusteks on viskoossus, soojusjuhtivus, binaarsed ja mitmekomponendilised difusioonikoefitsiendid. Kineetika all mõistetakse ühtlast kineetikat; siia alla kuuluvad reaktsioonide kiirused, erinevate liikide loomise ja hävimise määrad ning tasakaalukonstandid. Programmi struktuur on esitatud joonisel 1.


Joonis 1. Cantera struktuur.