CHEMKIN4.0.1入门指南课件

1、CHEMKIN入门指南燃烧学辅助教程上篇基础知识、核心程序、化学平衡（EQUIL）、全混反应（AURORA）如果文中有任何错误，请不吝指出，以便不断改进2004.3第一章CHEMKIN简介本章介绍CHEMKIN的主要功能和求解过程。第一节 安装CHEMKINChemkin最早的版本始于1980，由美国Sandia实验室的Kee RJ等人编写，经过多年的不断发展日趋完善。后来由Reaction Design公司收购并继续开发，目前最新版为3.7.1。由于学习和科研需要，我们花费2000$向ReactionDesign公司订购了一套最新版本的CHEMKIN 3.7.1，其中包括20个网络教学许可证

2、，用于燃烧学课程的学习。安装 请从 ftp:/combustion:combustion02 的“CHEMKIN软件”目录内下载安装程序chemkin371_pc_setup.exe，执行安装程序。安装完后会自动在桌面及开始菜单建立快捷方式。运行许可证书 教学用的CHEMKIN采用网络认证，故电脑必须联网（校内）。当程序计算（Run）时，系统会提示选择license，选择“Specify license server”，然后next，在下一画面填入“02”即可。第二节 CHEMKIN介绍CHEMKIN是一种非常强大的求解复杂化学反应问题的软件包，

3、常用于对燃烧过程、催化过程、化学气相沉积、等离子体及其他化学反应的模拟。CHEMKIN包括“核心程序(Core Utilities)”和“应用程序(Application)”两级程序包。以气相反应、表面反应、传递过程这三个核心软件包为基础，CHEMKIN提供了对12种常见化学过程模拟的软件包及后处理程序。一般求解过程如图1.1所示。CHEMKIN的三个核心程序模块：1) 气相动力学（Gas-Phase Kinetics）：是所有程序计算的基础，提供气相成分组成、热力学数据、化学反应等信息。2) 表面动力学（Surface Kinetics）。很多反应过程包括多相反应，如催化反应、化学气相沉积、

4、固体腐蚀等。在这些反应里，Surface Kinetics提供两相反应所需的各种信息，如表面结构、表面和体内的成分组成及热力学数据、表面化学反应等。图1.1 计算过程3) 传递（Transport）。提供气相多组分粘度、热传导系数、扩散系数和热扩散系数等。其中Surface Kinetics和Transport必须以Gas-Phase Kinetics为基础，因为它们中出现的成分都必须在Gas-Phase Kinetics已定义。Gas-Phase Kinetics、Surface Kinetics和Transport提供了化学反应的基本信息，生成动态链接库供后续程序调用。用户可以自己编写程序

5、调用它们来实现指定的功能，但最方便的是使用CHEMKIN自带的应用程序。CHEMKIN提供了12个典型的应用程序(Application)，它们的名字和描述如表1.1，其简图见图1.2：AURORA模拟稳态及瞬态的充分混合反应器网络，包括等离子体反应器。CRESLAF模拟圆管或平板边界层流动中的层流化学反应。EQUIL计算化学平衡和相平衡。OPPDIF模拟对冲扩散火焰。OVEND模拟多层的低压化学气相沉积(LPCVD)反应器PASR模拟部分搅拌反应器中的混合和动力学PLUG模拟柱塞流反应器PREMIX模拟稳态、层流、一维的预混火焰SHOCK模拟入射和反射激波的化学动力学SPIN模拟用于化学气相

6、沉淀的一维转盘流或滞流反应器SURFTHERM分析气相和表面化学反应系统中的热化学、传递及动力学数据。TWAFER求解多层的低压化学气相淀积(LPCVD)反应器的温度AURORACRESLAFEQUILOPPDIFOVENDPASRPLUGPREMIXSHOCKSPINSURFTHERMTWAFER图1.2 应用程序简图第三节 CHEMKIN求解过程及用户操作步骤CHEMKIN通常的求解过程如下：1. Gas Phase Kinetics（气相动力学）的处理Gas Phase Kinetics的前处理器(Pre-processor)读取用户编写的输入文件和自带的热力学数据库，生成包含元素、组分

7、、热力学数据反应信息的Gas-Phase Kinetics连接文件。Gas-Phase Kinetcs提供了处理这一文件的一个Fortran子程序库，供其他程序调用。2. Surface Kinetics（表面动力学）和Transport（传递过程）的处理如果化学反应包含表面反应或传递过程，则需要相应地执行这两个核心程序块。Surface Kinetics的前处理器读取用户编写的输入文件，生成包含表面反应信息的Surface Kinetics连接文件，Surface Kinetics提供子程序库处理该连接文件。Transport的前处理器根据Gas-phase Kinetics连接文件中的信息

8、，自动从CHEMKIN自带的传递数据库(tran.dat)读取相应的数据，然后生成包含传递信息的Transport连接文件，Transport提供子程序库处理该连接文件。3. Application（应用程序）求解根据问题需要，应用程序读取输入文件确定求解过程，调用Gas-Phase Kinetics、Surface Kinetics、Transport各自的子程序库内相应的子程序来读取反应信息，然后进行计算。CHEMKIN自带的12种应用程序中，每一种都有自己的前处理器，并对应不同格式的输入文件。程序计算结束后，会生成一动态连接文件供后处理。4. Post-Process（后处理）CHEMK

9、IN提供了统一的后处理器，用于对应用程序的结果进行分析和绘图。用户操作的一般步骤如下：1. 决定问题的性质，选择适当的应用程序通常情况下，一般的化学反应问题通过适当的假设和简化，都可以对应到某一种CHEMKIN包含的12个应用程序里，有时一个问题还可以有多种选择。选择恰当的应用程序是求解问题的第一步。但是如果实在不幸没有一种应用程序可以很好的解决你的问题，或者想要更完美地解决一些问题，就只有自己编写程序，调用CHEMKIN里的子程序库进行计算了。2. 编写核心程序输入文件编写Gas-Phase Kinetic的输入文件，在其中定义元素、组分、化学反应等；编写Surface Kinetic的输入

10、文件（如果问题需要），在其中定义表面的性质和反应等。Transport不需要编写输入文件，该程序只处理CHEMKIN自带的一个传递数据库(tran.dat)。3. 编写应用程序输入文件按照应用程序要求的格式，定义反应条件、反应过程、求解方法等。4. 求解&后处理点击用户界面的“Run”按钮执行程序计算；点击用户界面的“Restart”按钮以上次计算结果为初始条件重新计算（在有些情况下会用到）；点击用户界面的“Post-Process”按钮调用CHEMKIN后处理器第四节 后处理器的使用CHEMKIN的计算结果可以从其生成的文本输出文件中查看。CHEMKIN为所有的应用程序提供了一个统一的后处理

11、程序（Post-Processor），可以方便的将计算结果绘制成曲线。点击程序界面右下端的按钮“Post-Process”启动后处理器，默认情况下会读取工作目录下的XMLdata.zip文件中的数据，启动之后用户还可以添加其他解文件的数据。在弹出的选项卡中，“Solution Set”选项卡内选择要绘制成曲线的解系列，因为有些应用程序的结果中会出现多个解系列（如CRESLAF）。“Species/Variables”选项卡内选择要绘制成曲线的变量或组分，第一列（Row）列出解文件中所有变量名，第二列（Species Var）为变量值，第三列（Rxn sens）为该变量的误差（有的应用程序后处理

12、时无此列），第四列（Rates of Prod）为该变量的产生率。进入绘图界面后，选择菜单Plot-X-Y plot，从弹出的选项卡中选择曲线的X轴和Y轴（可多选）。选择菜单Plot-Contour，选择要绘制等高线的变量，但要求解结果必须是二维的（如CRESLAF）。说明：本文作为一本入门教程，旨在使大家能够迅速了解和掌握CHEMKIN的基本功能和应用，所以很多复杂的高级技巧只做了一些简单介绍或者完全忽略。CHEMKIN的帮助系统提供对程序所有功能的详细介绍，请自行参阅。CHEMKIN是一个非常好的计算工具，但只有深入了解化学反应和燃烧理论，才能真正发挥它的作用。第二章 核心程序（Core

13、Utility）本章介绍Gas-Phase Kinetics, Surface Kinetics, Transport这三个核心程序包，它们是应用程序计算统一的平台。第一节 Gas-Phase Kinetics (气相动力学)气相反应动力学是所有CHEMKIN计算的基础。Gas-Phase Kinetics软件包包括一个前处理器（Pre-Processor），一个热力学数据库（Thermo.dat）和超过150个子程序的程序库。其处理过程参见图1.1：首先，前处理器读取用户编写的输入文件（默认为chem.inp），然后从热力学数据库（Therm.dat）获取在输入文件中定义了的组份的热力学数据

14、；之后生成包含元素、组份、反应的各种信息的连接文件（chem.asc）。应用程序可以通过调用其子程序库来读取该连接文件中的信息。同时，前处理器还会生成一个文本文件（chem.out），里面为元素、组分和反应的列表；如果输入文件有错误，错误信息也会出现在chem.out中；该文件可以在CHEMKIN程序界面里打开并查看。介绍Gas-Phase Kinetics输入文件之前，先介绍CHEMKIN格式的输入文件的一些通用规则：1. 注释符号“！”。符号“！”无论出现在一行的任何位置，此行后面的文本将作为注释文本而被忽略。2. 输入文件每行不应超过80列3. 除了个别有极其严格规则的地方外（如热力学数

15、据的定义等，均会特殊声明），空格作为分隔符，而且多个空格将被视为一个。4. 数字格式：可以为整数（如99）、浮点数如（99.99）、或E格式（如9.999E2）。下面介绍如何编写Gas-Phase Kinetics的输入文件。该文件包括四部分的内容，分别为元素、组份、热力学数据、化学反应，如例2.1所示：! 例2.1ELEMENTS H O END! 元素定义SPECIES H2 H O2 O OH H2O END! 组分定义THERMO! 热力学数据(本例中只定义了“OH”的热力学数据)OH 121286O 1H 1 G 0300.00 5000.00 1000.00 10.02882730

16、E+02 0.10139743E-02-0.02276877E-05 0.02174683E-09-0.05126305E-14 20.03886888E+05 0.05595712E+02 0.03637266E+02 0.01850910E-02-0.16761646E-05 30.02387202E-07-0.08431442E-11 0.03606781E+05 0.13588605E+01 4ENDREACTIONS! 反应方程及Arrhenius系数H2+O2=2OH 0.170E+14 0.00 47780OH+H2=H20+H0.117E+10 1.30 3626O+OH=O2

17、+H 0.400E+15 -0.50 0O+H2=OH+H 0.506E+05 2.67 62902OH=O+H2O 0.600E+09 1.30 0H+H+M=H2+M 0.100E+19 -1.00 0H2O/0.0/ H2/0.0/! 辅助数据H+H+H2=H2+H2 0.920E+17 -0.60 0H+H+H2O=H2+H2O 0.600E+20 -1.25 0END一、元素(Elements)部分：规则此部分以ELEMENTS（或者ELEM，两者等价）关键字开头；其后以空格为间隔符列出将在反应中出现的所有元素；最后以END关键字结束。例如定义氢（H）、氧（O）、氮（N）、电子（E）

18、四个元素：ELEM H O N C EEND！如果程序中有离子参加反应，则电子（E）必须作为一个元素定义用户要按周期表的元素名（两个字母均须大写）来定义元素，CHEMKIN可以辨认的元素如表2.1。如果用户定义同位素或新元素的话，可以以12个字母命名（不与元素表重名），并将其原子量以“/”括住跟随其后。如定义氢（H）的同位素氚（命名为HH）如下：ELEM HH / 3.0 / END表2.1 CHEMKIN元素表：H, HE, LI, BE, B, C, N, O, F, NE, NA, MG, AL, SI, P, S, CL, AR, K, CA, SC, TI, V, CR, MN, F

19、E, CO, NI, CU, ZN, GA, GE, AS, SE, BR, KR, RB, SR, Y, ZR, NB, MO, TC, RU, RH, PD, AG, CD, IN, SN, SB, TE, I, XE, CS, BA, LA, CE, PR, ND, PM, SM, EU, GD, TB, DY, HO, ER, TM, YB, LU, HF, TA, W, RE, OS, IR, PT, AU, HG, TL, PB, BI, PO, AT, RN, FR, RA, AC, TH, PA, U, NP, PU, AM, CM, BK, CF, ES, FM, D, E其

20、中，D为氢（H）的同位素氘（D），E为电子。注：元素定义的规则很自由，比如可以出现多个ELEM，元素可以分多行来写，END可以省略，如果元素定义重复的话后面的一个将被忽略等，但由于这些规则仅仅是为了程序处理方便，这里就不一一赘述了。在后面的文档中，我们也只介绍正规的规则，类似的自由规则不在我们学习之列。二、组份（Species）部分：规则以SPECIES（或SPEC）开头；其后以空格为分隔符列出将在反应中出现的所有组份；最后以关键字END结束。例如：SPECIES H2 O2 H O OH HO2 N2 N NO END组份可用不超过16个字符而且以字母开头的任意字符串来命名，但不建议随意命名

21、。因为如果要利用CHEMKIN的热力学数据库therm.dat的话，组分的命名必须按照CHEMKIN的规则来，这些组分名称都是按照其分子式来命名的，CHEMKIN可以识别的组份名称（778种）列入附录1中。对于附录1中的组分名称，CHEMKIN可以从热力学数据库therm.dat中自动获取到该组分的元素组成及其热力学性质。如果用户定义的组份不在其中，则该组份的热力学数据需自行定义。三、热力学数据（Thermodynamic Data）：所有定义的组份都必须有其热力学数据。CHEMKIN提供了一个比较完善的热力学数据库文件（therm.dat），可以在CHEMKIN图形界面查看并修改。常见组分一

22、般都包括内（参见附录1），所以只要按照CHEMKIN规定的格式命名组分，通常情况下用户并不需要定义热力学数据。只有当 1. 用户要用自己的数据代替therm.dat中的热力学数据 2. 用户定义的组份在数据库中没有时，才需要定义其热力学数据。热力学数据的定义基于下面的多项式模拟：在热力学数据中需要定义组分的元素组成、两个温度区间、及在每个温度区间内的值。热力学数据的定义非常的严格，这里不作介绍了，有兴趣的参看帮助文件。四、反应机理（Reaction Mechanism）Arrhenius定律：规则起始行：关键字REACTIONS （或REAC），其后为Arrhenius系数的单位（可选）。中间

23、行：反应方程式，然后为该方程的Arrhenius系数(依序为Ai，i，Ei)；有些反应需要辅助数据补充说明，出现在该反应方程式的下一行。结束行：关键字END。1. 在起始行内可以定义Arrhenius系数Ai和Ei的单位；Ei的单位可以定义为CAL/MOLE, KCAL/MOLE, JOULES/MOLE, KJOULES/MOLE, KELVINS,或EVOLTS。Ai的单位可以用关键字MOLES或MOLECULES来定义，分别对应cmmolesecK和cmmoleculessecK。如果没有定义，Ei和Ai的默认单位是：cal/mole和cmmolesecK2. 反应方程中，“=”和“”用

24、于可逆反应（两者等价），“=”用于不可逆反应，“+M”表示催化剂，“（+M）”用于压力控制反应，“HV”表示光子，“E”表示电子。4. 有些反应方程之后需要有补充的辅助数据说明。如果一个反应后面出现辅助数据，则会是如下的情况之一：a） 含“+M”的反应中，某些组分有着特别的催化效率。b） 含“（+M）”的反应（即压力控制反应）。c） Landau-Teller反应d） 反应速率由Chebyshev 给出e） 反应速率拟合关系式f） 包含“HV”的反应，定义光子的波长g） 组分随温度变化h） 能量损失参数i） 等离子体动量传递碰撞频率j） 逆反应速率（通常可逆反应的逆反应速率由平衡常数计算，也可

25、以在辅助数据中用REV关键字直接给出）k） 反应指数l） 反应单位（如果仅仅改变某个反应的Ei、Ai的单位）m） Duplicate Reaction（如果两个反应的生成物和反应物都相同但反应机理不同，可以在辅助数据中用关键字DUP加以区别）n） 用户编程定义反应速率各种类型的辅助数据格式也不一样，这里只给大家一个概念，并不准备去细讲。因为我们通常情况下并不需要自己去编写反应机理。很多反应的反应机理都已有人研究过，下面提供几个常用的网络资源。网络资源：1. Lawrence Livermore National Laboratory，网址为：/com

26、bustion/combustion2.html提供许多燃料的燃烧机理，直接为CHEMKIN格式，方便易用。2. 美国NIST（National Institute of Standard and Technology）的化学动力学数据库，网址为：/index.php。可以查询任意反应的反应速率，而且可以查到该数据出自那篇文献。3. GRI （Gas Research Institute of University of California at Berkeley），网址为：/gri-mech/d

27、ata/frames.html。可以查到大部分反应的Arrhenius系数。该研究所对天然气燃烧的研究尤为深入。第二节 Surface Kinetics （表面动力学）很多过程中都包含固体表面与气相的反应，如化学气相沉积、化学腐蚀、固体腐蚀、催化过程等。KHEMKIN的核心程序Surface Kinetics软件包就是在气相反应（Gas-Phase Kinetics）的基础上处理这一过程。Surface Kinetics由一个前处理器和含70多个子程序的程序库组成。Surface Kinetics的处理过程参见图1.1，前处理器读取用户编写的输入文件(surf.inp)，并从Gas-Phase

28、 Kinetics连接文件（chem.asc）中读取相应的数据，将其输出为包含表面反应各种信息的表面反应连接文件（surf.asc）；同时还生成一个文本文件（surf.out），该文件包含反应机理的描述及出错信息，可以在程序界面里打开。在编写Surface Kinetics输入文件之前，先来介绍一些CHEMKIN表面反应的基础：在表面反应中，根据相的不同，组分可以分为三大类型：气体（gas）、表面（surface）、和体内（bulk）。表面可以定义不同的site，以表明表面性质的不同（如处于尖的地方和平的地方），每个site均可以定义各自包含的组分，同时每个site都是一个相。体内（bulk）

29、也可以定义不同的bulk相。假设定义了Ns个site和Nb个bulk，则整个系统共有1+Ns+Nb相，其中1相为气相，2Ns+1为表面相，Ns+2Ns+Nb+1为体内相。如果系统有几类不同的表面（比如有两个表面，其表面和体内的组分、相、反应完全不同），则可将每一类表面定义为一个material，每个material可以定义自己的site、bulk、及化学反应。输入文件如例2.2，每个文件可以定义多个material，每个material包括material的声明、site的定义、bulk的定义、热力学数据、表面化学反应等五部分：! 例2.2MATERIAL WAFER! material的声明

30、，当有数类不同的表面反应时需要SITE/POLY/ SDEN/2.25e-9/! site 的声明，其后为该site内的组分SI(S) SICL(S) SICL2(S) SICL3(S)ENDBULK ! bulk的声明，其后为该bulk内的组分SI(B)/2.33/ENDREACTIONS MWOFF! 反应方程CL + SI(S) = SICL(S) 1.0 0.0 0.0E + CL2+ + 2SI(S) = 2SICL(S) 0.4 0.0 0.0E + CL+ + SICL3(S) + SI(B) = SICL4 + SI(S) 0.50 0.0 0.0ENDMATERIAL WAL

31、L!第2个material声明，亦即第2类表面反应SITE/METAL/ SDEN/2.25E-9/AL(S) ALCL(S)ENDREACTIONS MWOFFCL+ + E = CL 0.6 0.0 0.0CL + AL(S) = ALCL(S) 1.0 0.0 0.0END一、material的声明规则以MATERIAL关键字开始，紧接着是该material的名字如果只有一种表面，此部分可以不定义。二、site数据规则开始行：关键字SITE，之后为斜线括起来的site名字，之后为关键字SDEN，之后斜线括起来的是该site在标准状态下的密度，例如 SITE /POLY/ SDEN /2.

32、25e-9/中间行：该site内包含的组分，以空格间隔结束行：关键字END 如果该material内有多个site的话，可以按上述格式重复site的定义，但site的名字必须不同。三、bulk数据规则开始行：关键字BULK，之后为斜线括起来的bulk名。中间行：该bulk包含的组分，每一组分后可以跟随一个被斜线括起来的数字来定义该组分的密度（g/cm3）。结束行：关键字END 同样，如果该materail内有多个bulk的话，可以按上述格式重复bulk的定义，但bulk的名字必须不同。四、热力学数据（Thermodynamic data）参见Gas-Phase Kinetic中的说明，此部分一

33、般省略。五、表面反应方程基本与Gas-Phase Kinetic中相同，但有几点不同：1. 开始行（含REAC关键字的行）内可以加入关键字MWON或MWOFF来表明对粘附系数方程(sticking-coefficient reactions)是否进行Motz-Wise修正，还可以加入关键字NONCON表明表面site的数量不守恒。2. 增加了许多新类型的辅助数据说明，用来描述表面反应的一些性质。关于辅助数据的说明本文不作介绍，可自行查阅帮助文档。六、下一个material的声明和定义定义完material、site、bulk、Thermodynamic、reaction这五部分，一个mater

34、ial就定义好了。如果还有其他类的表面，可以按照同样的格式定义另一个的material，但该material的名字不能与前面的相同。注意：每个material, site, bulk均需要赋予一个名字，如果文件中没有给出的话，CHEMKIN会自动依序命名为material1, material2, material3、site1, site2, site3、bulk1, bulk2, bulk3等。第三节 传递（Transport）很多反应过程需要使用气体多组分混合后的粘度、热传导系数、扩散和热扩散系数等，这些数据包含在tran.dat中。用户可以从CHEMKIN界面中对其查看更改，或者指定其

35、他的传递数据来源。此过程不需要用户编写输入文件，故在此不作详细介绍。第三章 化学平衡和相平衡计算（EQUIL）本章介绍最简单的应用程序EQUIL，利用它来计算化学平衡和相平衡第一节 介绍化学平衡的计算方法来自于Stanford的软件STANJAN，CHEMKIN将其集成到EQUIL中，并为其提供CHEMKIN格式的输入和后处理工具。其求解过程为： 先运行Gas-Phase和Surface两个前处理器得到chem.asc和surf.asc连接文件，然后EQUIL读取连接文件中的信息并进行计算。在燃烧中常常需要计算绝热燃烧温度（Adiabatic Flame Temperature），在CHEMK

36、IN中，给定初始焓条件求解等压等焓问题，或者给定初始内能条件求解等容等内能问题，所求得的相平衡温度即为绝热燃烧温度。第二节 常用关键字EQUIL的输入文件由一系列关键字及其参数组成，用来说明问题的性质和条件，常用关键字见表3.1。表3.1 EQUIL中的关键字类型关键字参数描述问题类型（必选其一）TP或PT定压定温条件TV或VT定容定温条件TS或ST定温定熵条件PV或VP定压定容条件HP或PH定压定焓条件PS或SP定压定熵条件VU或UV定容定内能条件VH或HV定容定焓条件VS或SV定容定熵条件CJChapman-Jouguet爆炸，约束条件FREE组分需要进行平衡计算FROZ组分成分固定，与F

37、REE相对FAZE相成分恒定，如气相分子不会跑到表面去CONXA N指定组分A的摩尔分数固定为N，保持不变初始条件TEMPN起始温度为N（K）PRESN起始压力为N（atm）VOLN起始体积为N（cm3/g）ENTHN起始焓为N（erg/g） 1 erg=1 cm*g*sENTRN起始熵为N（erg/gK）ENGYN起始内能N（erg/g）REACA N反应物摩尔分数；组份A的摩尔分数为N平衡估计TESTN平衡温度估计值：N（K）PESTN平衡压力估计值：N（atm）XML解文件选项XMLI从解文件XMLrestart.zip中读取初始条件。这一功能可用于处理其他应用程序（如CRESLAF、O

38、PPDIF、SPIN等）的计算结果。NSOLN当解文件XMLrestart.zip中包含多个解时，NSOL决定采用哪个解来作为初始条件。TSTRT当解文件XMLrestart.zip中为瞬态解（如AURORA的瞬态解），TSTR规定采用T（sec）时刻的解作为初始条件DISTS当解文件XMLrestart.zip中的解随轴向距离变化（如PLUG的解），DIST规定采用S（cm）距离处的解作为初始条件USET当XMLI或restart（重启）时，压力和温度的值从输入文件中读入，取代从解文件XMLrestart.zip中读取的压力和温度SIZEN指定EQUIL产生的解文件XMLdata.zip的大

39、小N（bytes）CNTN继续计算关键字。在一次计算之后，可以改变某些条件进行下一次计算END一次计算结束的关键字。第三节 气相化学平衡计算气相平衡的计算由于只涉及到气相，故无须编写Surface的输入文件；而且由于化学平衡计算只计算理想情况下的平衡值，与化学反应具体过程无关，故Gas-Phase输入文件中化学反应式也无须编写（即使写了也用不上）。因此气相化学平衡的计算非常简单，如例3.1所示：例3.1: 气相平衡计算（此例包含在 chemkin37sampleseauilgas_equil 目录下）Gas-Phase输入文件(chem.inp)：ELEMENTS H O N ENDSPECI

40、ES H2 H O2 O OH HO2 H2O N2 H2O2 ENDEQUIL输入文件(equil.inp)：REAC H2 2! 定义反应物组成为：H2 2, O2 1, N2 3.76，它们的和不等于1，CHEMKIN会REAC O2 1! 自动计算各自的百分比，将其处理为摩尔分数REAC N2 3.76HP! 定压定焓反应TEMP 300! 初始温度为300KTEST 2000! 预期平衡温度为2000KPRES 1! 初始压力为1atmCNTN! 该关键字表明，此次计算完毕之后，还有后续计算END! 本次计算条件输入完毕REAC H2 2! 第二次计算的条件REAC O2 1REAC

41、 N2 3.76HPTEMP 400TEST 2000PRES 1CNTN! 此次计算完毕之后，还有后续计算ENDREAC H2 2! 第三次计算REAC O2 1REAC N2 3.76HPTEMP 500TEST 2000PRES 1END在EQUIL输入文件中至少要给出如下定解条件：i. 问题类型。如HP，TP等，参见表3.1ii. 反应物成份。使用REAC关键字，如果反应物摩尔分数之和不等1，会自动按比例调整。iii. 初始条件。P, T, V, U, H, S这六个参数中的两个或多个，对于不同的问题类型，需要给出不同的参数。后处理：如果只有一次计算结果（CNTN关键字用于多次计算），

42、则计算结果可以从输出文本文件equil.out中查看。如果有多次计算结果，还可以使用后处理器（post-processor）来绘制多个解的曲线。第三节 多相化学平衡计算Gas-Phase输入文件和Surface输入文件编写方法参见第二章，由于计算化学平衡并不需要化学反应的反应速率，所以两个输入文件中反应方程部分均会被忽略。而且Surface输入文件只需要定义bulk相即可，site的定义也将被忽略。下面给出一个简单的例子（例3.2）：例3.2: 多相平衡计算（此例包含在 chemkin37sampleseauilbulk_equil 目录下）Gas-Phase输入文件(chem.inp)：EL

43、EMENTS H O C N AR ENDSPECIESCH4 CO CH3 CH2 CH C H CO2 H2O OH H2O2 HO2 O2 O N2ENDSurface 输入文件(surface.inp):BULK/LIQ/H2O(L) /1./ENDEQUIL输入文件(equil.inp)：REAC CH4 1.0REAC O2 2.REAC N2 7.52! 给出反应物成分TEMP 300PRES 1! 给出反应初始条件，T和PTPCNTN! 继续计算关键字ENDREAC CH4 1.1REAC O2 2.REAC N2 7.52TEMP 300PRES 1TPEND跟气相化学平衡没

44、有很大的区别，这里需要注意的是：只要曾进行过一次Surface的计算就会在文件夹下生成Surface连接文件surf.asc，如果此后想只进行气相平衡的计算，光从界面删掉surf.inp是不够的，必须删掉文件夹下的surf.asc。因为即使Surface处理器没有运行，EQUIL也会尝试去读取surf.asc文件。第四章 全混反应器（AURORA）全混反应器是反应过程最基本的模型，很多问题经过适当的简化都可以用此模型来近似求解。第一节 介绍全混反应器指气体扩散非常快或经过充分搅拌，使反应器内气体分布处处均匀。全混反应器是最简单的模型，在燃烧中有着广泛的应用，而且是测试化学反应的常用工具。AUR

45、ORA可以计算稳态和瞬态（反应器内参数随时间变化）的全混反应器，还可以计算多个反应器组成的反应器网络。除此之外，AURORA也可以用于等离子体反应器（Plasma），求解其离子、电子、中性粒子的浓度及电子温度等。AURORA还内置了一个内燃机气缸模型，用于压燃式发动机的动力学模拟。对于稳态问题，采用TWOPNT求解；对于瞬态问题，采用DASPK求解。求解过程：首先是Gas-Phase Kinetic和Surface Kinetic的先后处理过程（参见第二章），然后AURORA读取输入文件（用户编写），调用Gas-Phase Kinetic和Surface Kinetic的子程序读取反应数据，然

46、后进行计算，将解结果输出为XMLdata.zip，供后处理程序以及程序重新计算使用；同时将解结果输出为aurora.out，可以在CHEMKIN界面内查看(view)。AURORA输入文件的编写过程其实就是一些描述反应的关键字的罗列。第二节 关键字解说：类型关键字参数含义默认I、问题属性（Problem Type）反应特性TRAN瞬态反应器（组分随时间变化）STST稳态反应器NPSRN包含N个反应器的网络：最大个数为101是否求解能量方程TGIV不求解能量方程，使用用户定义的温度（由TEMP定义）可以只针对反应器网络中的某个反应器定义ENRG求解能量方程来获取温度，TEMP定义的温度作为迭代初

47、始温度。SOFT求解能量方程式，忽略计算得到的中间温度，从用户给定的温度开始迭代仅用于封闭系统CONV定容定焓瞬态系统CONT定温定容瞬态系统ICEN内燃机瞬态模型。II、瞬态反应器（Transient Solution）时间TIMEN瞬态反应总时间N（sec）TLIMT点火时间（点火温度）。当温度达到T（K）时点火。STPTN时间步长N（sec)DELTN将结果输出为文本文件aurora.out的时间间隔N（sec)DTSVN将结果输出为解文件XMLdata.zip的时间间隔N（sec)SSTTN灵敏度分析的时间间隔N（sec）随时间变化量TPROA B C第C个反应器在A(sec)时刻反应

48、器温度为B(K)，无C时应用于所有反应器PPROA B C第C个反应器在a(sec)时刻反应器压力为B(atm)VPROA B C第C个反应器在a(sec)时刻反应器容积为B(cm2)QPROA B C第C个反应器在a(sec)时刻反应器放热量为B(cal/sec)WPROA B C第C个反应器在A(sec)时刻等离子体反应器功率为B(watts)内燃机模型CMPRN压缩比为N，（最大体积与压缩后体积之比）15VOLCN压缩后体积为N(cm3)1.0RPMN曲柄转速为N（rpm）LOLRN连接杆长度与曲柄半径之比为NDEG0N瞬态模型中曲柄起始角度N（degrees）DTDEGN曲柄角度形式的

49、时间步长N（degrees）NREVN曲柄总转数N，可以取代TIMEICHTA，B，C，T瞬态内燃机模型中的对流换热关联式瞬态解容差ATOLN绝对容差RTOLN相对容差ATLSN灵敏度系数的绝对容差RTLSN灵敏度系数的相对容差NNEG保证所有解向量非负SDIR使用参差直接法求解灵敏度方程重启和继续CNTT继续计算时，开始时间等于上次计算的结束时间。未定义此关键字，则继续计算时开始时间从0开始TRSTN重启计算时，初始值为Restart文件中N(sec)时刻的值。未定义此关键字，则初始值为Restart文件中最后时刻的值。TRESN重启计算中定义新的初始时间N(sec)USETN重启计算中温度

50、和压力从输入文件读取，而不是从Restart文件中读取III、稳态反应器（steady solution）容差分析ATOLN绝对容差RTOLN相对容差ATIMN时间步进分析时的绝对容差RTIMN时间步进分析时的相对容差ABSLN解变量的绝对摄动的值RELTN解变量的相对摄动的值求解方法控制TIM1A B如果牛顿法不收敛，将迭代A次，初始步长为B，用于固定温度情况（TGIV）TIM2A B同TIM1，应用于求解能量方程情况（ENRG）DTMNN最小时间步长DTMXN最大时间步长IRETNTWOPNT每当时间步长数达到N时增加时间步长UFACNTWOPNT时间步长达到IRET时，步长为原来的N倍D

51、FACN当当前步长不收敛时，步长为原来的1/NNFACNTWOPNT牛顿法中新雅可比矩阵计算前迭代的次数TFACNTWOPNT时间步长中新雅可比矩阵计算前迭代的次数ISTPN牛顿积分前初始时间步长数目SFLRN组分分数变量中的最小值IV、反应器条件和入口条件循环RECYA B C第A个反应器流出量的C倍（C=1）流回第B个反应器入口条件INLETName A定义第A个反应器的入口气流名字为NameTINLName A定义名为Name的入口气流温度为A（K）REACName Spec A定义名为Name的入口气流中Spec组分的含量为AEQUIName A入口气流Name的空燃比为A；FUELN

52、ame Spec A入口气流Name的燃料中Spec组分的含量为AOXIDName Spec A入口气流Name的氧化剂中Spec组分的含量为APRODName Spec A入口气流Name的产物中Spec组分的含量为AADDName Spec A将不参加化学反应的组分加入到入口气流中入口气流Name中Spec组分的含量为A反应器条件TEMPA B第B个反应器气体温度A（K）；无B时针对所有反应器PRESA B第B个反应器内压力A（atm）；无B针对所有反应器TAUA B第B个反应器气体停留时间A（sec）；无B针对所有FLRTA B质量流率A(g/sec)，其余同上SCCMA B体积流率A(cm3/min)，其余同上VOLA B体积A(cm3)AREAA B总表面积A(cm2)QLOSMaterialA B第B个反应器的Material（代指material的名字，下同）上放热为A(cal/sec)HTRNMaterialH T B第B个反应器的Material上的传热系数为H (cal/ (cm2*K*