[发明专利]一种基于分子结构相似的替代燃料化学反应机理构建方法

说明书

2、所属的技术领域：

本发明涉及一种燃料化学反应机理构建方法，属于燃料燃烧模拟技术应用领域。

3、背景技术：

随着计算机技术的发展,借助于计算机仿真技术和实验技术的结合，能使燃烧过程研究进一步深入，从而开拓新的技术途径。计算机数值模拟方法可以更好的全面预测燃料的性能，代替部分燃烧试验，在不受时空限制的条件下进行各种工况燃烧研究，指导设计和开发新型燃烧设备，对旧燃烧设备的性能进行优化，还可以降低实验费用，缩短实验时间，节省大量的人力物力，具有很强的生命力和优越性。而化学反应机理是燃烧模拟技术的基础，因此如何构建燃料的化学反应机理成为燃烧过程研究的关键。

替代燃料技术：由于真实燃料的成分过于复杂，考虑燃料所有组分来构建燃料的化学反应机理几乎不可能实现，解决这一问题有效的一种方法是采用替代燃料的方法，即选取少数的一种或者几种燃烧作为基础组分燃料来构建真实燃料的化学反应机理，从而模拟出实际燃料的燃烧特性。

现在已有的替代燃料机理构建方法主要存在以下不足：

1、基础燃料的选取随机性较大。现有替代燃料基础燃料选取原则主要根据燃料族分类，选取最具代表的燃料作为基础燃料，这样需要较强的个人经验。

2、确定基础燃料的比例时，采用的是匹配一些宏观唯象的参数，比如十六烷值，碳烟值，辛烷值等。这些参数需要专业且昂贵的实验设备测量，并且确定的基础燃料的比例的精度不高，使替代燃料不能很好的反映出真实燃料的燃烧性质。

3、通用性较差。不同的实际燃料有自己特有的确定基础比例的方法，各个燃料之间的方法不同通用，理论性不强，这样限制了替代燃料的发展。

4、发明内容

本发明的目的在于提出一种各种复杂燃料都能通用的、理论性更强、精度更 高，更为简单的替代燃料化学反应机理构建方法，来为复杂燃料的燃烧模拟奠定基础。

替代燃料机理用于分析实际燃料反应流分析的前提是它与真实燃料燃烧氧化特性的一致性。而分子结构是影响化学反应特性的本质因素，直接决定了以化学反应为基础的燃烧特性。为此，本发明采用匹配官能基团的方法使替代燃料的分子结构与目标燃料相近，以获得反映真实目标燃料详细燃烧特性的替代燃料机理。构建替代燃烧反应机理的方法概括如下：

1、分析真实燃料的分子结构组成，确定官能基团的划分：

采用气相色谱-质谱联用技术(GC–MS)分析出真实燃料的分子结构成分组成，然后根据真实燃料分子结构定义出分子结构官能基团。确定官能基团的主要原则是：在保证真实燃料的所有的分子结构都能拆分成所定义的官能基团的前提下，尽可能使定义的官能基团个数最少。

2、选取基础燃料：

选取基础燃料的核心依据是：能为替代燃料混合物提供充分的与真实燃料相同的官能基团。其次，综合考虑真实燃料的烃族的构成和分子链的长度，从而选取与之相适应的基础燃料。

3、确定基础燃料的比例：

以每种官能基团的个数作为匹配目标，将替代燃料与真实燃料的官能基团进行配比，选取总的匹配误差最小的方案作为最终的替代燃料中基础燃料的比例组成的方案。

为了选出最佳配比，匹配项的标准误差定义如下:

式中F_i官能基团的标准匹配误差,FGN_i,targ是目标燃料的官能基团数，FGN_i,calc是替代燃料混合物的官能基团数，FGN_i,calc的计算式为：

式中n_j第j种组分的摩尔含量,fgn_i,_j是第j种组分的官能基团数。

每种类型的官能基团的匹配误差必须满足一下条件：

F_i≤ε_i

式中ε_i为相对误差的阈值。

当满足上式中的条件时，仍然有多解的可能，为了能选出最优的配比，定义了一个目标最优函数S：

式中W_i为权重因子，表征每个官能基团的重要程度。最后，选取S函数最小的 配比最为替代燃料的最优配比。

编写程序，通过枚举法来确定n_j的大小，具体的计算流程见附图。

4、构建替代燃料的反应机理：