方亞梅 王全德 王 繁,* 李象遠

(1四川大學化學學院,成都610064; 2四川大學化學工程學院,成都610065)

正十二烷高溫燃燒詳細化學動力學機理的系統(tǒng)簡化

方亞梅1王全德1王 繁1,*李象遠2,*

(1四川大學化學學院,成都610064;2四川大學化學工程學院,成都610065)

采用詳細化學反應動力學機理的系統(tǒng)簡化方法,以典型航空燃料的替代組分正十二烷為研究對象,開展了正十二烷高溫燃燒化學動力學機理的系統(tǒng)簡化.首先采用多步直接關(guān)系圖法(DRG)和基于計算奇異值攝動法(CSP)重要性指標的反應移除方法對由1279個組分,5056個基元反應組成的正十二烷燃燒詳細機理進行框架簡化,得到了包含59個組分,222個基元反應的框架機理;進一步采用CSP對框架機理進行時間尺度分析,選出了10個準穩(wěn)態(tài)物種,采用準穩(wěn)態(tài)近似方法(QSSA)構(gòu)建了包含49個組分的全局簡化機理.計算結(jié)果表明,在較寬的參數(shù)范圍內(nèi),框架機理和全局簡化機理均能夠重現(xiàn)正十二烷詳細機理在高溫燃燒的點火延遲時間、熄火以及物種濃度分布等方面的模擬結(jié)果.

正十二烷;詳細反應動力學機理;機理簡化;直接關(guān)系圖;計算奇異值攝動法;準穩(wěn)態(tài)近似

1 引言

到目前為止,人類社會使用的最普遍也是最重要的燃料是碳氫燃料,研究碳氫燃料燃燒反應動力學機理對于發(fā)動機燃燒室的設計、污染物的形成與控制等具有重要意義.1然而,實際應用的燃料組成復雜,通常包括幾十乃至上百種復雜的碳氫化合物.為了構(gòu)建實際燃料燃燒的化學動力學模型,采用分別構(gòu)建實際燃料涉及到的每一種組分的燃燒機理,然后再耦合起來的方法在實際應用中是不可行的.因此,構(gòu)建實際燃料燃燒反應動力學機理時,一般按照化學組成、碳氫比以及積碳指數(shù)等目標選取三到五種碳氫化合物作為替代燃料,然后構(gòu)建替代燃料的詳細反應機理.2由于要求詳細機理能在較大范圍內(nèi)變化的溫度、壓力、當量比等條件下都適用,導致碳氫燃料燃燒的詳細化學反應動力學機理一般非常復雜,尤其是詳細機理的物種數(shù)目隨燃料分子尺寸的增加呈指數(shù)增長.1因此除了分子尺寸很小的燃料如甲烷等,其動力學機理相對簡單,對于分子尺寸較大的反應物,其燃燒的詳細動力學模型會非常復雜.1

在發(fā)動機數(shù)值模擬中,為了更準確地模擬燃燒室內(nèi)的燃燒和流場情況,深入研究燃料燃燒情況對發(fā)動機性能以及污染物形成的影響,在進行計算流體力學(CFD)模擬時必須把燃料燃燒的動力學機理與流動方程組耦合起來進行數(shù)值求解.目前CFD模擬燃燒過程常常采用只包含一步或者少數(shù)幾步總包反應的極度簡化的燃燒動力學模型,這種燃燒動力學模型的適用范圍通常比較小,模擬結(jié)果的可靠性也不高.然而,如果在CFD模擬中直接使用詳細的燃燒動力學機理除了會使計算量大得難以承受外,在計算理論上也會帶來巨大難題:1一是詳細機理中物種數(shù)目過于龐大,以目前的計算條件,在三維CFD模擬中難以容納這么多的物種;二是各種化學組分及其涉及的反應特征時間尺度差異巨大,導致研究和計算的對象變?yōu)闃O強的剛性系統(tǒng),該系統(tǒng)的可靠和精密求解是較為困難的.因此,要得到可靠的模擬結(jié)果,就必須在保證機理模擬精度的條件下對詳細動力學機理進行簡化.另一方面,對詳細機理的簡化有利于更加深入地對燃料燃燒化學過程進行系統(tǒng)分析,研究對燃燒過程起關(guān)鍵作用的化學反應和物種,從而有助于燃料設計和對污染物的控制等.

由于機理簡化的重要性,目前機理簡化的方法也得到了迅速的發(fā)展.機理簡化方法可以分成兩類,3第一類是框架簡化,即從詳細機理中去掉不重要的物種和基元反應而得到框架機理;第二類方法是時間尺度分析方法,通過分析各反應的時間尺度降低計算的剛性.基于第一類的方法主要有計算奇異攝動法(CSP)、3,4靈敏度分析法、5主成分分析方法(PCA)6等.2005年,Lu和Law7提出了直接關(guān)系圖法(DRG),該方法可以清楚反映指定物種的反應路徑,同時機理簡化的計算量與物種數(shù)目呈線性關(guān)系,是近年來出現(xiàn)的最新和前沿的簡化方法之一,得到了迅速的推廣和改進.8-10基于第二類的方法主要有準穩(wěn)態(tài)近似法(QSSA)、11計算奇異攝動法、12本征低維流形法(ILDM)13等.事實上,CSP與ILDM方法的基本思路和QSSA方法類似,區(qū)別主要在于QSSA方法中先判斷處于準穩(wěn)態(tài)的物種,并假設在整個時間和空間區(qū)域里這些物種的凈生成速率都為零,而CSP方法和ILDM方法需要在各個計算時間點和空間點判斷處于準穩(wěn)態(tài)的物種.因此,通過合理地選擇準穩(wěn)態(tài)組分,結(jié)合QSSA方法,構(gòu)建能在很寬的范圍內(nèi)重現(xiàn)詳細機理模擬結(jié)果的全局簡化機理是最常用的時間尺度簡化方法.1針對物種數(shù)和反應數(shù)較多的詳細機理,在具體的簡化工作中,通常按照一定簡化順序綜合以上的各種方法來得到一個最優(yōu)的簡化機理.1

正十二烷是航空煤油的重要成分,也是構(gòu)建航空煤油替代模型的常用組分,因此正十二烷燃燒化學動力學詳細機理的構(gòu)建和系統(tǒng)的簡化對于航空發(fā)動機數(shù)值模擬具有重要意義,相關(guān)工作得到了廣泛的研究,You、14華曉筱15和Herbinet16等分別構(gòu)建了正十二烷燃燒詳細化學動力學機理并進行了模擬,You14和華曉筱15等還分別對其構(gòu)建的詳細機理進行了系統(tǒng)地簡化.最近,Westbrook等17依據(jù)反應類規(guī)則構(gòu)建了正十二烷燃燒詳細機理,其中包含有1279個組分與5056個反應,該機理能夠較好地重現(xiàn)正十二烷低溫以及高溫燃燒的性質(zhì).本文對Westbrook等構(gòu)建的正十二烷高溫燃燒詳細化學動力學機理進行了系統(tǒng)簡化,首先通過多步DRG法和基于CSP重要性指標的反應移除方法對詳細機理進行框架簡化,得到包含59個組分、222步基元反應的框架機理;在此框架機理的基礎上,采用CSP方法識別準穩(wěn)態(tài)物種,結(jié)合QSSA方法,構(gòu)筑了只包含49個物種的全局簡化機理;模擬結(jié)果表明簡化的反應機理能夠在很寬的模擬條件內(nèi)重現(xiàn)正十二烷高溫燃燒詳細機理的點火、熄火以及物種濃度分布等模擬結(jié)果.

2 簡化計算方法

2.1 框架簡化方法

由于詳細機理中組分之間的復雜耦合關(guān)系導致查明和去除非重要組分較為困難.2005年,Lu和Law7提出了直接關(guān)系圖法,為檢查組分間的耦合關(guān)系和去除不重要的物種提供了一個很好的辦法.由于其簡化效率非常高,通常用于含較多組分機理的簡化過程的第一步.該方法的基本思路為:如果某組分B的去除將導致組分A的生成或消耗產(chǎn)生較大誤差,則對于A組分來說,B組分是重要的.為了定量描述組分B對組分A的影響,Law等定義如下關(guān)系:

其中rAB為組分B對組分A的正歸化貢獻,ωi為第i個基元反應的凈反應速率,νA,i為A在第i個基元反應的化學計量系數(shù),I為基元反應總個數(shù).可以看到,rAB足夠大時,去除組分B將導致A的生成或者消耗產(chǎn)生較大誤差,此時,組分A顯著依賴于組分B.具體編程實現(xiàn)DRG方法時,初始設定一個閾值ε,選定初始重要組分,采用深度優(yōu)先搜索方法進行搜索得到重要組分,然后刪除不重要的物種及其涉及的反應,得到簡化的框架機理.一般地,對于組分數(shù)比較多的詳細機理,隨著組分的移除,保留組分的rAB會隨之變化,所以通常采用多步DRG方法得到盡可能簡化的機理,并且得到的框架機理的精度會提高.

采用DRG方法刪除不重要物種之后,一般采用敏感度分析、主成分分析或計算奇異攝動法等方法繼續(xù)刪除不重要反應.采用敏感度分析方法盡管能有效刪除多余反應,但是敏感度分析方法計算量較大,因此這里我們采用Lu和Law18提出的基于CSP重要性指標的反應移除方法來進一步簡化框架機理.此方法不將可逆反應的正逆反應分開,而是作為一個反應進行計算,因此可以準確判斷能快速達到偏平衡的可逆反應的重要性.將判斷反應重要性的指標定義如下:

通過此方法進行簡化時,首先設定重要組分和閾值,計算重要組分的IA,i,并保留IA,i大于所設定閾值的反應.

2.2 基于CSP的準穩(wěn)態(tài)方法

準穩(wěn)態(tài)方法通過把化學反應時間尺度小的物質(zhì)設定為準穩(wěn)態(tài)物種,不求解相應物種濃度的微分方程,而是通過假設該物種濃度隨時間的變化率為零計算準穩(wěn)態(tài)物種的濃度,從而降低了計算的剛性.應用準穩(wěn)態(tài)方法需要解決兩個主要的問題:1首先是準穩(wěn)態(tài)物種的選擇,這直接影響簡化機理的模擬精度,其次是對準穩(wěn)態(tài)物種濃度的可靠和有效求解.對于準穩(wěn)態(tài)物種的選取方法有兩種,第一種是通過準穩(wěn)態(tài)物種的定義來選取,即將生成速率近似等于消耗速率并且濃度較小的組分做為準穩(wěn)態(tài)物種.Chen11開發(fā)的簡化動力學模型的CARM軟件以及錢煒祺等開發(fā)的SPARCK軟件21就是通過此方法來選擇準穩(wěn)態(tài)物種,此方法簡單、使用方便,但是不夠精確,并且由于組分濃度的變化率是通過基元反應速率的組合來計算,組分濃度的變化率對組分的導數(shù)也不易求取,不便于耦合到流場計算中使用;20第二種是利用CSP方法進行時間尺度分析,將反應系統(tǒng)分為快模式或慢模式,再通過考察物種對快反應或者慢反應模式的貢獻,從而選取準穩(wěn)態(tài)物種.此方法是通過對Jacobian矩陣進行分析,使組分的反應空間解耦合為快慢兩個模式.這個方法能夠更加合理的選擇準穩(wěn)態(tài)物種,但是由于需要計算Jacobian矩陣,計算量比傳統(tǒng)模型有所增加.基于CSP方法選擇準穩(wěn)態(tài)物種的方法如下:

一般地,對一個包含有N種組分和I個基元反應的化學反應動力學模型有:

其中,ca為第a個物種的濃度.上式中化學反應速率fa對時間的變化率可以表達為

其中J是Jacobian矩陣.CSP方法通過對J做相似變換:Λ=X·J·Y,其中,X和Y是基向量,并且X=Y-1,Λ為對角化或者塊對角化矩陣,再通過如下兩步修正得到基向量以及將快慢模式解耦合:4

基于上述理論,Lu等提出了一種準穩(wěn)態(tài)物種的識別方法:21

其中ε是閾值,即把對慢模式貢獻較小的組分設定為準穩(wěn)態(tài)組分.此方法的優(yōu)點在于不會將部分平衡的物種選作準穩(wěn)態(tài)物種,因此結(jié)果更加精確.對于求解準穩(wěn)態(tài)物種的濃度,本文中采用定點迭代求解22的方法,這也是目前應用較廣泛的方法.此方法的缺點為:如果兩個或多個準穩(wěn)態(tài)物種耦合強烈的情況下可能會收斂很慢甚至會出現(xiàn)不收斂的情況,影響計算效率和結(jié)果.

3 正十二烷高溫燃燒簡化動力學機理的構(gòu)建

3.1 框架簡化結(jié)果

本文用CHEMKIN2.0-SENKIN程序23,24對正十二烷高溫恒壓點火的模擬結(jié)果作為分析基礎,DRG方法所用數(shù)據(jù)點來自當量比(φ)分別為0.5、1.0和1.5,初始溫度為1000、1100、1200、1400和1600 K,壓力(p)在1.0×105和1.0×106Pa條件下恒壓自動點火模擬中點火延遲時間附近的SENKIN程序結(jié)果抽樣.

我們首先采用DRG方法作為框架簡化的第一步,以去除冗余的組分及相應的反應.在這一步簡化中,我們將反應物和產(chǎn)物nC12H26、CO2、H2O、N2、O2設為重要組分,通過設定不同閾值ε得到單步DRG簡化機理.DRG方法簡化機理時,只需要將必要的組分選為重要組分即可,不同的選取方法對簡化結(jié)果影響不大.圖1為不同閾值條件下得到的框架機理的組分數(shù)以及框架機理與詳細機理相比計算點火延遲時間的平均誤差.可以看出隨著閾值的增加,得到框架機理組分數(shù)越少,同時框架機理的誤差也逐漸增加,當閾值在0.23附近時,平均誤差隨著閾值的增加迅速增加.在實際應用中一般通過把誤差控制在某特定范圍內(nèi)(通常控制誤差在30%以內(nèi))來選取適當?shù)拈撝?因此本文選取閾值為0.22,得到的框架機理包含63個組分,295個反應.

圖1 采用DRG方法時取不同閾值得到框架機理的物種數(shù)和點火延遲時間的平均誤差Fig.1 Number of species of skeletal mechanism generated by DRG as a function of threshold values and the averaged error of predicted auto-ignition delay time of the skeletal mechanisms

為了得到更加簡化的框架機理,Lu等25提出了多步DRG方法,即在DRG方法的基礎上再完成一步或者兩步DRG簡化.一般地,對于比較龐大的詳細機理,通過兩步或者三步DRG方法可以得到基于DRG方法的最小簡化框架機理.兩步DRG與單步DRG方法所取閾值不同.通常,兩步DRG方法中第一步DRG所設定閾值比單步DRG的閾值稍小,而第二步DRG比單步DRG閾值大.通過設定不同閾值,兩步DRG相比于單步DRG會有較好的簡化結(jié)果,即得到的框架機理包含較少的組分,同時與詳細機理的計算結(jié)果比較有較小的誤差.本文中,我們也采用了兩步DRG方法簡化正十二烷燃燒的詳細機理,其中第一步和第二步DRG方法設定的閾值分別為0.18和0.20,得到的框架機理包含59個組分和270個反應.這樣得到的框架機理不能再繼續(xù)通過DRG方法刪除物種,否則誤差會急劇增加.圖2是詳細機理、單步DRG與兩步DRG方法得到的點火延遲結(jié)果.從圖2可以看出,通過兩步DRG得到的框架機理有更少的組分和反應,但是點火延遲與詳細機理符合得更好.為了進一步簡化框架機理,我們采用基于CSP重要性指標的方法去除多余物種,設定框架機理中所有組分為重要組分并選取反應的閾值為0.01,在59組分框架機理的基礎上刪除了48個反應,最終得到包含59組分和222個基元反應的框架機理.

3.2 全局簡化機理的構(gòu)建

對3.1節(jié)中得到的框架機理,我們采用CSP方法對SENKIN程序在溫度為1000、1200、1400和1600 K,壓力為1.0×105和1.0×106Pa,當量比為0.5、1.0和1.5時的恒壓自動點火模擬結(jié)果進行抽樣分析,設定Jacobian矩陣本征值小于-1.0×105的模式為快模式,選取了|Dslowa|小于1.0×10-4的10個物種(C2H3O1-2,C4H7,C8H17-4,C10H21-1,C6H13-1,C12H25-5, C12H25-3,C5H11-1,C7H15-1,C8H17-2,短橫線后面的數(shù)字代表物種中自由基的位置)作為準穩(wěn)態(tài)物種,結(jié)合QSSA,構(gòu)建了包含49個組分,45步反應的全局簡化機理.

圖2 詳細機理與通過單步DRG與兩步DRG方法得到的包含63和59個組分的框架機理模擬的正十二烷高溫燃燒的點火延遲時間Fig.2 Ignition delay time of high-temperature oxidation of n-dodecane with detailed mechanism and 63-species and 59-species mechanism generated by one-step and two-step DRGτign:ignition delay time,φ:equivalence ratio

4 框架機理與簡化機理的驗證

圖3 在不同初始溫度、當量比、壓力條件下,正十二烷高溫燃燒的59組分框架機理、49組分簡化機理與詳細機理點火延遲時間的比較Fig.3 Ignition delay time of n-dodecane,as a function of initial temperature for different pressures and equivalence ratios, with detailed mechanism,59-species skeletal mechanism,and 49-species reduced mechanism

圖4 含59個組分的框架機理、含49個組分的簡化機理與詳細機理在大氣壓下、初始溫度為1400 K時不同當量比條件下溫度隨時間的變化以及當量比為1.0、初始溫度為1200 K時物種濃度隨時間變化比較Fig.4 Temperature profiles in auto-ignition simulation with constant pressure,different equivalence ratios and initial temperature of 1400 K,and species profiles with constant pressure,equivalence ratio of 1.0 and initial temperature of 1200 K calculated with detailed mechanism,59-species skeletal mechanim,and 49-species reduced mechanismblack lines:detailed mechanism,colorful lines:skeletal mechanism,symbols:reduced mechanism

為了驗證得到的框架機理和簡化機理的有效性,采用CHEMKIN2.0中的SENKIN模塊分別用詳細機理、框架機理和全局簡化機理計算了正十二烷在不同條件下的點火延遲時間并進行了比較.圖3給出了在不同初始溫度、壓力(p)和當量比(φ)條件下的恒壓點火延遲比較.可以看出,在1.0×105和5.0× 105Pa時框架機理和全局簡化機理都較好地重現(xiàn)了詳細機理的模擬結(jié)果.但是在壓力為3.0×106Pa、初始溫度為1000 K左右時,點火延遲有較大誤差.這主要是由于簡化時抽樣的反應狀態(tài)點是高溫的反應條件,因此得到的框架機理和簡化機理僅適用于高溫,而當壓力比較高或起始溫度較低時,低溫燃燒機理對點火延遲時間的影響逐漸增加,因此框架機理和簡化機理此時計算誤差比較大.這也表明通過上述簡化過程得到的框架機理和簡化機理都只適用于初始溫度高于1000 K,壓力為1.0×105到3.0× 106Pa的高溫和壓力模擬范圍.圖4分別給出了初始溫度為1400 K,壓力為1.0×105Pa和不同當量比條件下恒壓點火模擬時溫度隨時間的變化以及在初始溫度1200 K,1.0×105Pa,當量比為1.0時恒壓自動點火模擬過程中主要組分O2、CO、C2H4和nC12H26濃度隨時間的變化.由圖4可以看出,框架機理、全局簡化機理與詳細機理的模擬結(jié)果吻合比較好,而全局簡化機理與框架機理的模擬結(jié)果差別很小,可見由準穩(wěn)態(tài)方法簡化所產(chǎn)生的誤差很小,全局簡化機理與詳細機理的模擬結(jié)果差別主要來自于框架簡化機理的誤差.

熄火是在航空發(fā)動機燃燒室設計中需要考慮的重要性質(zhì).為了進一步驗證簡化機理在熄火條件下的應用,我們采用全混流反應器(PSR)26模擬了1.0×105Pa條件下,不同當量比下滯留時間和溫度的關(guān)系曲線,在所有模擬中進氣溫度為300 K.從圖5可以看出,框架機理和全局簡化機理能較精確地重現(xiàn)詳細機理的溫度曲線,尤其是在拐點處的滯留時間(熄火).

圖5 PSR模擬正十二烷59組分框架機理和49組分簡化機理與詳細機理在300 K,1.0×105Pa下,不同當量比和滯留時間條件下溫度曲線的比較Fig.5 Temperature profiles of PSR at different residence time with constant pressure of 1.0×105Pa and various equivalence ratios at fixed inlet temperature of 300 K, calculated with detailed mechanism,59-species skeletal mechanism,and 49-species reduced mechanismblack lines:detailed mechanism,colorful lines:skeletal mechanism symbols:reduced mechanism

圖6 正十二烷高溫燃燒框架機理的敏感度分析Fig.6 Sensitivity analysis for the skeletal mechanism for high-temperature oxidation of n-dodecane

從上述模擬結(jié)果可以看出,與詳細機理相比,我們通過系統(tǒng)的簡化過程得到的正十二烷高溫燃燒的59組分框架機理和49組分全局簡化機理在一個較寬的參數(shù)范圍內(nèi)能可靠地模擬正十二烷的點火和熄火過程.

5 敏感度分析

敏感度分析方法對判斷化學反應動力學模型中的關(guān)鍵反應有重要作用.本文對點火延遲進行敏感度分析,從而判斷對點火延遲時間起關(guān)鍵作用的反應.對敏感度系數(shù)(S)定義如下:10,15,27

其中,ki是基元反應i的反應速率常數(shù),τign(ki)是反應速率常數(shù)加倍前的點火延遲時間,τign(2ki)是反應速率常數(shù)加倍后的點火延遲時間.若敏感度系數(shù)大于零,則該反應對點火延遲起抑制作用;反之,起促進作用.

圖6給出了對正十二烷高溫燃燒的59個組分, 222個基元反應的框架機理進行敏感度分析,敏感度系數(shù)最大的11個基元反應,其中模擬條件為在1.0×105Pa下,當量比為1.0時,起始溫度為1300、1450與1600 K的恒壓自動點火.從圖中可以看出,反應H+O2?O+OH對點火延遲有最大的促進作用,并且小分子反應對點火的影響很大.

6 結(jié)論

基于詳細化學動力學模型的系統(tǒng)簡化方法,本文對Westbrook等最近構(gòu)建的包含1279個物種和5056步基元反應的正十二烷燃燒詳細化學反應機理進行了系統(tǒng)簡化.采用兩步DRG方法和基于CSP重要性指標的反應移除方法,構(gòu)建了包含59個物種和222步基元反應的正十二烷高溫燃燒化學動力學框架機理.通過對多步DRG與單步DRG簡化結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn),對于組分數(shù)較多的詳細機理的簡化,兩步DRG方法與單步DRG方法相比更適用.在此基礎上,我們進一步采用CSP方法對框架機理進行時間尺度分析,依據(jù)物質(zhì)在慢模式中的貢獻進行準穩(wěn)態(tài)物種的精確識別,在此基礎上結(jié)合QSSA方法構(gòu)筑了包含49個組分的全局簡化機理.模擬結(jié)果表明,框架機理和全局簡化機理都能在較寬的模擬條件下,重現(xiàn)詳細機理對點火延遲時間、主要物種濃度變化和熄火等模擬結(jié)果.與詳細機理相比,框架機理更容易用于分析正十二烷高溫燃燒中所涉及的重要物種和反應.雖然我們得到的全局簡化機理在用于CFD模擬時所含物種數(shù)仍然較多,但是隨著計算機技術(shù)和CFD模擬軟件的發(fā)展,將來可能能夠用于CFD仿真模擬.此外,由于正十二烷低溫燃燒機理更加復雜,我們還將結(jié)合集總等方法針對低溫機理開展進一步的簡化研究工作.

Supporting Information: The skeletal mechanism and reduced mechanism are generated in a wide domain,equivalence ratios range from 0.5 to 1.5,temperatures range from 1000 to 1600 K and pressures are 1.0×105and 3.0×106Pa.This information is available free of charge via the internet at http://www. whxb.pku.edu.cn.

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June 13,2012;Revised:August 20,2012;Published on Web:August 20,2012.

Reduction of the Detailed Kinetic Mechanism for High-Temperature Combustion of n-Dodecane

FANG Ya-Mei1WANG Quan-De1WANG Fan1,*LI Xiang-Yuan2,*
(1College of Chemisry,Sichuan University,Chengdu 610064,P.R.China;2College of Chemical Engineering, Sichuan University,Chengdu 610065,P.R.China)

The detailed chemical kinetic mechanism for high-temperature combustion of n-dodecane was systematically reduced via integrated mechanism reduction methods.The skeletal mechanism,including 59 species and 222 elementary reactions,was derived using the directed relation graph method(DRG) combined with a method based on computational singular perturbation(CSP)importance index from a detailed mechanism consisting of 1279 species and 5056 elementary reactions.The skeletal mechanism was further reduced through time-scale analysis.The CSP method was employed for the selection of quasi steady state(QSS)species,and ten species were chosen as QSS species.Finally,based on the quasi steady state approximation method,a 49-species reduced mechanism was derived.Both the skeletal mechanism and the 49-species reduced mechanism reproduced the ignition delay time,extinction,and species profiles of the detailed mechanism over a wide range of simulation conditions.

n-Dodecane;Detailed chemical kinetic mechanism;Mechanism reduction;Directed relation graph;Computational singular perturbation;Quasi-steady state approximation

10.3866/PKU.WHXB201208201

?Corresponding authors.WANG Fan,Email:wangf@scu.edu.cn;Tel:+86-28-85406139.LI Xiang-Yuan,Email:lixy@scu.edu.cn; Tel:+86-28-85406139.

The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(91016002,91116001/A0204).

國家自然科學基金(91016002,91116001/A0204)資助項目

O643