详细燃烧机理的构建和简化
火灾中的燃烧机理与过程
火灾中的燃烧机理与过程燃烧是发生在氧气的存在下，燃料与热量之间的反应。
火灾是一种燃烧的极端情况，它造成了巨大的财产损失和人员伤亡。
了解火灾中的燃烧机理与过程对于预防和处理火灾事件至关重要。
本文将深入探讨火灾中的燃烧机理与过程，帮助读者更好地了解火灾的本质以及如何应对火灾事件。
1. 燃烧机理燃烧机理主要涉及三个要素：燃料、氧气和点火源。
燃料可以是固体、液体或气体，它们都含有化学能量，当受到足够的热量时会发生燃烧。
氧气是燃烧的氧化剂，它与燃料发生反应产生热量。
点火源是引发燃烧的初始能量，它可以是火花、明火、电弧等。
当这三个要素同时存在并达到一定条件时，燃烧就会发生。
2. 火灾过程火灾的发生与发展可以被分为四个阶段：引燃、扩散、燃烧、衰退。
（1）引燃阶段：在这个阶段，点火源将燃料加热至其引燃温度。
一旦燃料达到引燃温度，就会发生可燃气体的释放，从而产生火焰。
（2）扩散阶段：火焰向周围空间扩散，同时燃料的蒸气和可燃物质进一步加热。
这种加热会导致更多的燃料被释放，进一步助长火势的蔓延。
（3）燃烧阶段：在这个阶段，火势达到最高点，火焰以光和热的形式释放出来。
大量的热能会引起周围物体的点燃，形成火雾和火球。
（4）衰退阶段：当燃料逐渐耗尽时，火焰会逐渐熄灭。
火势减弱并最终熄灭。
火灾的过程对于火灾的控制和扑灭至关重要。
不同的燃料和环境条件会影响火灾的危险性和发展速度。
3. 火灾防控措施为了预防火灾和减少火灾对人员和财产的损失，我们应该采取有效的火灾防控措施。
（1）做好火灾预防：建筑物应设有可燃物隔离区、火灾报警系统和自动喷水灭火系统等。
在家庭和办公场所，应定期检查电器设备，避免电线短路和过热。
（2）加强火灾逃生训练：人们应该了解应急疏散路线和火灾逃生技巧。
在火灾发生时，保持冷静，尽快撤离危险区域。
（3）合理使用灭火器材：了解各类灭火器的使用方法，并在必要时使用灭火器扑灭初始火灾。
但请注意，只有在能确保自身安全且火灾范围可控制的情况下才能使用灭火器。
煤燃烧机理及燃烧过程优化
煤燃烧机理及燃烧过程优化煤燃烧是一种常见的能源转化过程，也是目前世界上主要的能源来源之一。
然而，煤燃烧过程中产生的大量二氧化碳和其他污染物对环境和人类健康造成了严重的影响。
因此，研究煤燃烧机理并优化燃烧过程，减少污染物排放，提高能源利用效率，是当前亟待解决的问题之一。
煤燃烧过程可以分为三个阶段：干燥、热解和燃烧。
在干燥阶段，煤中的水分被蒸发掉，煤粒的温度逐渐升高。
在热解阶段，煤中的挥发分开始分解，产生大量的可燃气体和焦炭。
最后，在燃烧阶段，可燃气体与氧气发生反应，释放出热能。
然而，煤燃烧过程中也会产生一系列的有害物质，如二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等。
为了优化煤燃烧过程，减少污染物排放，研究人员提出了许多方法。
其中之一是燃烧过程的控制。
通过调整燃烧过程中的氧气供应量和燃烧温度，可以有效地减少污染物的生成。
例如，过量的氧气供应可以使煤燃烧更充分，减少焦炭和一氧化碳的生成。
此外，适当的燃烧温度可以控制氮氧化物的生成。
这些控制方法可以通过先进的燃烧控制系统实现，提高燃烧过程的稳定性和精确性。
另一种优化煤燃烧过程的方法是采用先进的燃烧技术。
例如，流化床燃烧技术可以提高燃烧效率，并减少污染物排放。
在流化床中，煤粒被悬浮在气体中，形成了一种类似于流体的状态。
这种燃烧方式可以使煤粒与氧气更充分地接触，提高燃烧效率。
此外，流化床中的温度分布均匀，可以有效地控制氮氧化物的生成。
因此，流化床燃烧技术被广泛应用于大型燃煤电厂。
除了改进燃烧过程，优化煤燃烧还需要考虑煤的性质。
不同种类的煤具有不同的燃烧特性，因此需要针对不同的煤种选择合适的燃烧技术和控制方法。
例如，高灰分煤的燃烧过程中会产生大量的颗粒物，因此需要采取措施减少颗粒物的排放。
此外，含硫煤的燃烧会产生大量的二氧化硫，需要进行脱硫处理。
通过对不同种类煤的燃烧特性进行研究，可以选择合适的燃烧技术和控制方法，减少污染物排放。
此外，煤燃烧过程的优化还需要考虑能源利用效率。
第二章 燃烧基本原理分解
闪燃 条件
一是在环境中存在足够的可燃蒸气； 二是具有能够引起闪燃的温度。
闪燃 原因
是因为可燃性液体在闪燃温度下，蒸发速度不快，蒸 发出来的气体仅能维持刹那那的燃烧，而来不及补充 新的蒸气以维持稳定的燃烧，故燃一下就灭。
（2）着火
定义
可燃物质在与空气并存条件下，遇到比其自燃点高的 点火源使开始燃烧，并在点火源移开后仍能继续燃烧 ，这种持续燃烧(不小于5秒)的现象叫着火。
第二章 燃烧基本原理
第２章 燃烧基本原理
2.1 燃烧与燃烧条件 2.2 燃烧形式和燃烧过程 2.3 燃烧理论 2.4 气体燃烧 2.5 液体燃烧 2.6 固体燃烧 2.7 燃烧产物的毒害作用 2.8 热值与燃烧温度
2.1 燃烧及燃烧条件 2.1.1燃烧现象
• 燃烧是伴随有发光、放热现象的剧烈的氧化反应。 • 放热、发光、生成新物质是燃烧现象的三个特征。
特征
爆炸速度快；爆炸点附近压力急剧升高；发出或大或 小的响声；周围介质发生震动或邻近的物质遭到破坏。
2.1.2 燃烧条件
• 燃烧三要素：燃料、助燃剂（氧化剂）、点火源
• 氧化剂 – 空气 – 氧气 –氟 –氯 – 过氧化氢 – 过氯酸盐 – 金属过氧化物 – 硝酸铵 – 。。。。 • 点火源 – 明火/电火花/静电火花
– 高温表面/冲击与摩擦
– 自燃/绝热压缩/雷电
– 其他
• 燃料（可燃物） – 汽油 –苯 – 木材 – 塑料 – 金属 – 氢气 – 一氧化碳 – 。。。。
• 在液体自由下落穿越空气 时，静电荷就可能产生了， 而且可能进一步导致火花 而点燃可燃气体环境。
推荐的做法
• 从底部进行充装，它 可以通过一个浸入到 液体下面的管子来实 现。
内燃机机理及其优化研究
内燃机机理及其优化研究内燃机是一种基于燃料燃烧产生热能的发动机，其驱动机械能转化为动力输出，被广泛应用于机车、汽车、船舶、飞行器等领域。
内燃机的机理是燃烧和动力学的复杂过程，但是通过对内燃机机理的深入研究，可以找到优化内燃机性能的方法。
本文将介绍内燃机的机理及其优化研究，分为以下几个部分：一、内燃机的基本组成和工作原理内燃机由气缸、活塞、曲轴、气门、进气道、排气道等组成。
内燃机的工作原理是，气缸中的气体被压缩，在燃料的燃烧下释放出热能，然后推动活塞运动，转化为机械能输出。
内燃机一般分为汽油机和柴油机两种，其区别在于燃料的点火方式和燃烧特点。
二、内燃机的燃烧过程及其特性内燃机的燃烧过程是一系列动力学过程，包括混合、点火、燃烧和排放等环节。
内燃机的燃烧特点主要包括点火顺序、燃料的化学组成、空气燃料比、压缩比等。
内燃机的燃烧过程还受到环境和工况的影响，如气温、气压、负荷条件等，需要通过燃烧控制和排放控制等措施予以优化。
三、内燃机优化的方法和技术为了提高内燃机的性能和降低环境污染，需要采用一系列优化方法和技术。
其中主要包括以下几个方面：1. 燃烧优化通过控制燃烧过程中的点火位置、燃料组成、混合气状态等参数，可以提高燃烧效率和降低排放，如采用高压缩比、添加二次进气、低氮氧化物燃烧技术等。
2. 进气和排气系统优化通过改进进气道和排气道的气流设计，可以提高进出气量和流速，增强内燃机的动力输出和燃烧效率，如增加进气道面积、优化涡轮增压等。
3. 燃料和润滑油优化选择合适的燃料和润滑油，可以提高内燃机的燃烧质量和保护零部件。
如选择高品质的燃料和润滑油、优化燃油喷射系统等。
4. 智能控制技术优化采用智能控制技术和传感器监测系统，可以实现对内燃机的全面控制和自适应调节，实现对动力输出和排放的实时优化。
如采用信号控制系统及传感器检测技术、电子控制燃油喷射系统等。
四、内燃机的未来发展趋势随着科技的不断进步和市场需求的变化，内燃机的未来发展趋势主要包括以下几个方面：1. 新型燃料开发随着能源问题和环境污染问题的日益突出，内燃机的燃料逐渐向清洁、高效的方向发展，如使用天然气、液化石油气、生物质燃料等。
燃烧反应机理研究
燃烧反应机理研究燃烧是自然界中一种常见的化学过程，也是生活中不可或缺的重要现象。
燃烧不仅可以提供人类生活所需的能量，还可以促进物质的转化和循环。
然而，燃烧反应的机理却是一个复杂而值得深入探讨的课题。
燃烧反应的基本过程是燃料与氧气在一定条件下发生氧化反应，产生热量和废气。
在火焰中，燃料被加热至点燃温度后，会释放出大量的热能，使周围空气升温并形成火焰。
然而，这只是燃烧反应的表面现象，其背后涉及到许多复杂的化学和物理过程。
燃烧反应的机理可以分为三个主要阶段：引燃阶段、燃烧阶段和燃烧后期。
在引燃阶段，燃料被加热至点燃温度，开始释放热量和产生火焰。
这个过程受到多种因素的影响，如温度、压力、氧气含量等。
燃烧阶段则是燃烧反应的主要阶段，燃料与氧气化学反应，产生热能和废气。
这个阶段的速率取决于反应物的浓度、温度和反应的速率常数。
最后，燃烧后期是指燃料燃烧完全后，火焰逐渐熄灭的过程。
在这个阶段，废气中的氧气和燃料浓度逐渐降低，热量不再继续释放。
燃烧反应的机理研究主要集中在燃料的组成和燃烧速率。
燃料的组成决定了其燃烧反应的特性，不同种类的燃料在燃烧过程中产生不同的物质和热能。
燃烧速率则是指燃料与氧气反应的速度，它受到多种因素的影响，包括温度、压力、反应物浓度和催化剂等。
燃烧速率的研究对于优化燃烧反应过程、提高能效和减少排放有着重要意义。
近年来，随着环境污染和能源危机的日益加剧，燃烧反应机理研究变得尤为重要。
燃烧产生的废气中含有大量的二氧化碳和氧化氮等有害物质，对大气环境和人类健康造成了严重影响。
因此，了解燃烧反应的机理，优化燃烧过程，减少有害气体的排放，是保护环境和可持续发展的关键之一。
总的来说，燃烧反应机理是一个复杂而值得深入研究的课题。
通过对燃烧反应过程的深入理解，我们可以更好地控制和优化燃烧过程，减少能源消耗和排放，实现可持续发展的目标。
希望未来能有更多的科学家和工程师投入到燃烧反应机理研究中，推动清洁能源技术的发展，实现环境保护和经济发展的双赢局面。
燃烧链式反应机理
燃烧链式反应机理燃烧是指物质与氧气发生化学反应，产生热能和光能的过程。
燃烧链式反应机理是指燃烧过程中，反应分为多个步骤进行的机理。
本文将从燃烧的基本概念开始，逐步介绍燃烧链式反应机理的原理和过程。
燃烧是一种氧化反应，主要涉及有机物和无机物的氧化。
当一个物质燃烧时，它与氧气反应，产生二氧化碳和水等氧化产物。
燃烧反应是自由基反应的一种特殊形式，其中自由基是一种具有未配对电子的化学物质。
燃烧链式反应机理是通过自由基反应来描述燃烧过程。
燃烧链式反应机理可以分为三个基本步骤：引发步骤、传递步骤和终止步骤。
引发步骤是燃烧反应开始的步骤。
在这一步骤中，有机物或无机物发生裂解，生成自由基。
自由基是高度活跃的化学物质，它们具有未配对的电子，能够与其他分子发生反应。
在燃烧过程中，常见的引发步骤包括热解、光解和电离等。
这些过程中，能量的输入使得分子发生裂解，生成自由基。
传递步骤是燃烧链式反应机理中的核心步骤。
在这一步骤中，自由基与其他分子发生反应，形成新的自由基。
这些新的自由基又可以进一步与其他分子发生反应，形成更多的自由基。
这一过程是一个连锁反应，使得燃烧反应迅速进行。
传递步骤中的反应多样，包括自由基与氧气、自由基与有机物等之间的反应。
终止步骤是燃烧链式反应机理中的最后一步。
在这一步骤中，自由基与其他分子发生反应，生成稳定的产物，从而终止燃烧反应。
终止步骤通常包括自由基与自由基之间的反应，也包括自由基与其他分子之间的反应。
这些反应使得自由基得到消耗，从而终止燃烧过程。
燃烧链式反应机理的理解有助于我们更好地控制燃烧过程，提高能源利用效率，减少环境污染。
通过了解引发步骤、传递步骤和终止步骤，我们可以选择合适的控制措施，防止燃烧反应的不受控制扩大。
例如，在一些工业过程中，添加抑制剂可以减缓燃烧反应的速度，从而降低事故的发生率。
此外，燃烧链式反应机理的研究还有助于开发更高效的燃烧系统和清洁能源技术。
燃烧链式反应机理是研究燃烧过程的重要理论基础。
燃烧的工作原理
燃烧的工作原理燃烧作为一种常见的化学反应，广泛应用于人类生活和工业生产中。
无论是身边的生活用火还是工业生产中的燃烧过程，都离不开燃烧的工作原理。
本文将从燃烧的基本定义、工作原理、燃烧过程和燃烧产物等方面展开讨论。
1. 燃烧的基本定义燃烧是指物质在与氧气或者氧化剂接触时，通过氧化反应释放能量的过程。
在这个过程中，物质会发生化学变化，生成新的物质，并且伴随着能量的释放。
燃烧反应需要三个要素：燃料、氧气和能引发反应的热量。
2. 燃烧的工作原理燃烧的工作原理可以用“火三角”来形象地表示。
火三角包括燃料、氧气和适当的温度，缺一不可。
燃料是燃烧反应的原料，可以是固体、液体或气体；氧气是氧化剂，支持燃料的燃烧；而适当的温度则是对燃料和氧气进行激发和加速的条件。
在初始阶段，燃料被加热至其燃点，准备进入燃烧反应。
当燃料与氧气接触时，燃料中的可燃成分会发生氧化反应，并释放出能量。
这个能量进一步加热周围的燃料，使得更多的燃料进入可燃气体状态，从而维持燃烧反应。
这个过程会持续进行，直到燃料耗尽或者外界条件改变。
3. 燃烧过程燃烧过程可以分为三个阶段：引燃阶段、燃烧阶段和熄灭阶段。
引燃阶段是指燃料在加热作用下达到其燃点，开始燃烧的过程。
这个过程需要燃料与外界供应的能量达到燃点的最低限度。
一旦燃料开始燃烧，就会产生大量热量和火焰。
火焰是可燃气体与氧气反应时放出的能量所表现出的光和热。
燃烧阶段是指燃料不断与氧气进行氧化反应，释放出大量的能量。
这个阶段的特点是持续的能量释放和火焰的存在，同时也会产生大量的燃烧产物。
熄灭阶段是指燃料与氧气接触的条件发生变化，无法维持燃烧反应的持续进行。
这个阶段的特点是火焰消失、释放的热量减少，直到最终的停止燃烧。
4. 燃烧产物燃烧反应生成的产物包括热量、光、燃烧残渣和燃烧产物。
热量是燃烧反应主要的能量释放形式，它可以用于加热和产生动力，是燃烧反应在工业和生活中的主要应用。
光是燃烧过程中火焰所表现的一种能量形式，它是燃烧反应释放出来的能量通过光的形式传播到外部环境的。
燃烧原理及燃烧器设计
燃烧原理及燃烧器设计燃烧是一种广泛应用于工业和生活中的化学反应，它产生能量通过将可燃物与氧气进行反应。
本文介绍燃烧的基本原理以及燃烧器的设计。
一、燃烧原理燃烧是一种氧化还原反应，通常涉及可燃物和氧气的直接反应。
其化学方程式可以表示为：燃料 + 氧气→ 二氧化碳 + 水 + 能量。
燃烧反应需要满足以下三个条件：可燃物、氧气和点燃温度。
可燃物是指能够提供能量的物质，比如木材、天然气和煤炭等。
氧气是燃烧反应中的氧化剂，能够与可燃物发生反应。
点燃温度指的是可燃物与氧气发生反应所需要的最低温度。
在燃烧过程中，可燃物首先被加热到点燃温度，然后与氧气发生反应产生燃烧。
可燃物在点燃温度以下时，无法燃烧。
但一旦超过点燃温度，可燃物就会自持点燃并继续燃烧。
二、燃烧器设计燃烧器是一种将可燃物和氧气混合并点燃的装置。
其设计目的是实现高效率的燃烧过程，并确保安全和环保。
以下是一些常见的燃烧器设计要素。
1. 燃料供应系统：燃料供应系统用于提供可燃物，可以是液体、气体或固体燃料。
该系统应包括储存、输送和供应燃料的设备。
对于不同类型的燃料，需要有相应的处理措施，如气体燃料需要气体过滤器和调压阀等。
2. 氧气供应系统：氧气供应系统用于提供足够的氧气供给燃烧反应。
氧气可以通过压缩空气或者专门的氧气发生器进行供应。
在氧气供应系统中，还需要考虑氧气的过滤和调节。
3. 混合系统：混合系统将可燃物和氧气混合，以实现燃烧反应。
混合系统可以采用多种设计，如喷射混合器、预混合系统和逆流混合系统等。
混合系统的设计要求确保燃料和氧气均匀混合，并达到最佳的燃烧效果。
4. 点火系统：点火系统用于将混合气体点燃，开始燃烧过程。
常用的点火系统包括火花点火器、火焰点火器和高能点火器等。
点火系统的设计要求可靠性高，确保燃烧器能够在各种工况下可靠点火。
5. 控制系统：控制系统用于监测和调节燃烧过程，包括温度、氧气含量和燃料供应等。
现代燃烧器通常配备智能控制系统，可以自动调整参数以实现最佳燃烧效果。
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详细机理在燃烧模拟中的困难
大尺寸机理对于燃烧特性的分析造成困难。 燃烧数值模拟时（如发动机内流道的数值模拟）， 几乎不可能使用详细燃烧机理。 （1）燃烧数值模拟的方程数（未知变量数）4N+3个， N为物种数目，计算量随物种数目迅速增加。 （2）化学反应时间尺度跨度大：刚性问题。 机理简化：针对特定目标(点火延迟时间、层流火焰 速度）或反应条件，尽量减小机理中的物种数和反 应数。
燃烧动力学机理：燃烧过程的（所有）化学反应 及其动力学数据，涉及组分的热力学和输运数据 理解并控制燃烧过程、飞行器燃烧数值模拟都需 要可靠的燃烧机理 燃烧过程的复杂性 （1）反应路径的复杂性：多通道、条件依赖， 特别是低温或者高压反应机理。 （2）动力学数据的不可靠性
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1 atm
10 atm
T = 353K
0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Equivalence Ratio
敏感度分析显示CH4对火焰速度影响很大，但是对点火 影响很小！简化机理中加入CH4等物种，火焰速度明显 改善
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三、机理简化方法展望
机理简化的目的 把所发展的可靠的详细机理用于燃烧数值模拟 和发动机设计。机理简化应针对某些特定的研究目 标，简化机理的大小与数值模拟中所用的燃烧模型 密切相关。 可行的简化方案：dynamic adaptive chemistry (on the fly reduction)。即在燃烧数值模拟中，在特 定燃烧条件下开展机理简化。不要求简化机理在宽 广的范围内都适用，但是要求机理简化方法快速有 效。常用：DRG、PFA等。推荐：FPT方法。
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详细燃烧机理的构建和简化
王 繁
四川大学燃烧动力学中心 2015年9月20日 上海
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主要内容
研究背景 详细机理的构建和简化 机理简化方法展望 燃烧机理的理论化学研究
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一、研究背景
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二、燃烧动力学机理的构建和简化
（1）碳氢燃料燃烧机理自动生成软件ReaxGen 核心机理（低碳烃/H2/CO燃烧机理） 19种高温反应类型，23种低温反应类型 链烷烃、环烷烃(多环烷烃)燃烧机理自动生成 基团贡献法计算热力学数据 /ReaxGen.htm （2）热力学和动力学数据的计算 设计等键反应获得大分子动力学参数的精确结果 统计修正方法提高大分子热力学参数计算精度
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简化机理的火焰速度
正庚烷火焰速度
环己烷火焰速度
环己烷简化机理所得火焰速度与详细机理差别显著
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环己烷简化机理的火焰速度
70
Laminar Flame Speed (cm/s)
60 50 40 30 20 10 0 0.4
138 S 67 S
通过各种方法得到的简化机理取交集，能有效减少简 化机理中的物种数目，大大提高简化效率。
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正庚烷和环己烷详细机理的简化
点火延时误差最大30%条件，通过各种方法取交集， 得到两个机理，再用敏感度分析方法得到简化机理： 正庚烷低温燃烧详细机理：561物种2539个反应 环己烷低温燃烧详细机理：1081物种4269个反应 正庚烷简化机理：75物种327个反应 环己烷简化机理：61物种182个反应 在多数机理简化中，都以点火延时为标准获得简化机 理。通常认为简化机理如果能得到合理的点火延时， 一般也能合理描述其他燃烧特性。
机理自动简化程序：ReaxRed
简化方法：DRG, DRGEP, r-DRG, PFA, FPT CSP删除反应, QSSA方法 (1) 数据抽样 (2) 给定阈值获得简化 机理 (3) 验证简化机理 (4) 调整阈值，重复(2)(3)步，直到获得给 定误差的简化机理 /ReaxRed.htm
Z. Li, J. Phys. Chem. A, 2013, 117, 3279
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燃烧动力学机理的构建
燃料 正癸烷 正十二烷 1,3,5-三甲基环己烷 2-甲基十氢化萘 RP-3航空煤油 裂解 物种数 254 317 328 603 反应数 895 1132 832 1247 燃烧 物种数 388 565 378 810 316 反应数 2226 3240 1477 2513 1660
机理 正庚 烷 详细机理 561物种 简化框架 机理 ~200物种 DRG 11分钟 简化时间 PFA 240分钟 FPT 2分钟
可作为第一步简化方法，或者与CFD结合做在线简 化。 Liu, Wang, Energy & Fuel, 28, 5426 (2014).
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/反应机理.htm
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机理简化：通量投影树方法(FPT)
RB = F FB FT F
T
F = [ f1
Hale Waihona Puke f2 ΛfA ΛfN ] ,
T
FB = [ f1, B
f 2,B
Λ
f A, B
Λ
f N ,B ]
T
fA为rAB的分子，fAB为rAB的分母。对RB排序即可以得 到简化机理。效率比DRG类方法更高
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正庚烷和环己烷详细机理的简化
工况：φ：0.5-1.5, T: 650K-1800K, p: 1atm-20atm 设定不同阈值，得到两套简化机理
环己烷 大机理 物种数 DRG DRGEP r-DRG PFA FPT 交集 180 176 178 181 164 138 最大 误差 6.5% 4.4% 7.1% 6.5% 6.8% 8.0% 小机理 物种数 59 56 63 58 56 29 大机理 物种数 246 209 219 207 212 176 正庚烷 最大 误差 10% 10% 9.6% 8.7% 10% 10% 小机理 物种数 49 48 68 50 55 31