Come usare Chemkin (i) Pre-processore: estrae i parametri TD e
cinetici chem.inp: input file (spesso da letteratura) contiene le
specie e le reazioni (non necessarie per calcolare lequilibrio)
chem.exe: eseguibile therm.dat: banca dati termodinamica Calcolo
della cinetica: programma CK (come equil) oppure script creato da
noi in FORTRAN e compilato PH.inp (o UV.inp o PT.inp): input file
PH.exe (o UV.exe o PT.exe): eseguibile
Slide 3
Come usare Chemkin (ii) ESECUZIONE: PHb.bat (o UV.bat o PT.bat)
per lanciare il programma chem PH PH.out Pause Grafici.m per vedere
i risultati
Slide 4
Come usare Chemkin (iii) FILE OUTPUT: chem.out: per individuare
eventuali errori in chem.inp chem.bin: contiene le informazioni
lette dal pre-processore e viene usato dai programmi che calcolano
lequilibrio o la cinetica PH.out (o UV.out o PT.out) ripete gli
input PH.ris (o UV.ris o PT.ris) contiene i risultati (solo numeri)
PH.tit (o UV.tit o PT.tit) contiene i nomi delle variabili
Slide 5
Esempio 1: H 2 meccanismo: chem.inp ELEMENTS H O N END SPECIES
H2 H O2 O OH HO2 H2O2 H2O N N2 NO END REACTIONS H2+O2=2OH 0.170E+14
0.00 47780 OH+H2=H2O+H 0.117E+10 1.30 3626 ! D-L&W O+OH=O2+H
0.400E+15 -0.50 0 ! JAM 1986 O+H2=OH+H 0.506E+05 2.67 6290 !
KLEMM,ET AL H+O2+M=HO2+M 0.361E+18 -0.72 0 ! DIXON-LEWIS H2O/18.6/
H2/2.86/ N2/1.26/ OH+HO2=H2O+O2 0.750E+13 0.00 0 ! D-L H+HO2=2OH
0.140E+15 0.00 1073 ! D-L O+HO2=O2+OH 0.140E+14 0.00 1073 ! D-L
2OH=O+H2O 0.600E+09 1.30 0 ! COHEN-WEST. H+H+M=H2+M 0.100E+19 -1.00
0 ! D-L H2O/0.0/ H2/0.0/ H+H+H2=H2+H2 0.920E+17 -0.60 0
H+H+H2O=H2+H2O 0.600E+20 -1.25 0 H+OH+M=H2O+M 0.160E+23 -2.00 0 !
D-L H2O/5/ H+O+M=OH+M 0.620E+17 -0.60 0 ! D-L H2O/5/ O+O+M=O2+M
0.189E+14 0.00 -1788 ! NBS H+HO2=H2+O2 0.125E+14 0.00 0 ! D-L
HO2+HO2=H2O2+O2 0.200E+13 0.00 0 H2O2+M=OH+OH+M 0.130E+18 0.00
45500 H2O2+H=HO2+H2 0.160E+13 0.00 3800 H2O2+OH=H2O+HO2 0.100E+14
0.00 1800 O+N2=NO+N 0.140E+15 0.00 75800 N+O2=NO+O 0.640E+10 1.00
6280 OH+N=NO+H 0.400E+14 0.00 0 END
Slide 6
Esempio 1.A. Bassa temperatura Tin=600C Verificare se la
reazione di combustione dellH 2 con O 2 puro avviene in un reattore
isotermo con un tempo di contatto di 1 ms (millisecondo).
Slide 7
Cosa predice lequilibrio? equil.inp REAC O2 2 REAC H2 1 CONT
CONP PRES 1.0 TEMP 873 END
Slide 8
Cosa predice lequilibrio? INITIAL STATE: EQUIL. STATE: P (atm)
1.0000E+00 1.0000E+00 T (K) 8.7300E+02 8.7300E+02 V (cm3/gm)
3.2555E+03 2.7129E+03 H (erg/gm) 8.1058E+09 -2.9313E+10 U (erg/gm)
4.8071E+09 -3.2062E+10 S (erg/gm-K) 9.9303E+07 9.0791E+07 W
(gm/mole) 2.2005E+01 2.6405E+01 INITIAL STATE: EQUILIBRIUM STATE:
Mole Fractions H2 3.3333E-01 5.8810E-13 H 0.0000E+00 3.5685E-17 O2
6.6667E-01 6.0000E-01 O 0.0000E+00 1.4532E-12 OH 0.0000E+00
1.8218E-08 HO2 0.0000E+00 5.3717E-10 H2O2 0.0000E+00 1.2608E-10 H2O
0.0000E+00 4.0000E-01 N 0.0000E+00 0.0000E+00 N2 0.0000E+00
0.0000E+00 NO 0.0000E+00 0.0000E+00 Lequilibrio isotermo e isobaro
prevede la completa conversione dellidrogeno a 600C
Slide 9
Bassa temperatura Tin=600C PT.inp 1 873 P (atm) e T(K)
iniziali; seguono N iniziali H2 1 O2 2 END 1.0E-3 1.0E-5FINAL TIME
AND DT
Slide 10
Composizione Tin=600C In un reattore con tempo di permanenza
cos basso la reazione non avviene!
Slide 11
Composizione (log-y) Tin=600C Si stanno formando i radicali:
con un maggiore tempo di permanenza la reazione si innescher.
Slide 12
Composizione Tin=600C Se si aumenta il tempo di permanenza, la
reazione si innesca.
Slide 13
Composizione (log-y) Tin=600C Dopo un tempo di induzione, in
cui si formano i radicali, il sistema reagisce e inizia a consumare
i radicali per procedere verso la composizione di equilibrio.
Slide 14
PH.inp 1 1273 P (atm) e T(K) iniziali; seguono N iniziali H2 1
O2 2 END 1.0E-3 1.0E-6FINAL TIME AND DT Esempio 1.B. Alta
temperatura Tin=1000C
Slide 15
Volume specifico Tin=1000C Il volume specifico si contrae perch
la reazione avviene con riduzione del numero di moli.
Slide 16
Composizione Tin=1000C A temperatura pi alta le cinetiche sono
pi rapide, con lo stesso reattore ora la reazione avviene.
Slide 17
Composizione (log-x log-y) Tin=1000C Data lelevata temperatura,
molti radicali sono presenti in concentrazioni rilevanti.
Slide 18
Diversi radicali in gioco A diverse temperature, il meccanismo
si comporta in maniera diversa. Non solo per la velocit globale di
reazione dellidrogeno, ma anche per i radicali che si formano.
Slide 19
Esempio 2: CO meccanismo: GRImech (chem.inp ) qui viene usato
il GRIMech3.0 http://www.me.berkeley.edu/gri-mech/
http://www.me.berkeley.edu/gri-mech/
Slide 20
PH.inp 1 1273P (atm) e T(K) CO 2 O2 1 END 2.0E-1 1.0E-4FINAL
TIME AND DT Esempio 2.A. Senza idrogeno
Slide 21
Temperatura senza H2 0.16 secondi
Slide 22
Concentrazione senza H2
Slide 23
Concentrazione (log-y) senza H2 Mostro 20 specie, ma solo 4
hanno valori significativi. Le altre non hanno senso fisico: sono
praticamente zero. Tolleranza assoluta
Slide 24
Concentrazione (log-y) senza H2 La reazione ha un periodo di
latenza, in cui il radicale O scarseggia.
Slide 25
Confronto con lequilibrio CALCOLOT (K)X,COX,O2X,CO2X,O
EQUILIBRIO31150.41130.17270.34910.0679
CINETICA31100.41180.17240.34780.0680 Per elevati tempi di
permanenza (t>0.2s), la cinetica restituisce gli stessi valori
dellequilibrio CO + O 2 = CO 2 =1
Slide 26
Esempio 2.B. Con idrogeno PH.inp 1 1273P (atm) e T(K) CO 2 O2 1
H2 0.01 END 5.0E-4 5.0E-6FINAL TIME AND DT
Slide 27
Temperatura con H2 0.0004secondi
Slide 28
Concentrazione con H2
Slide 29
Concentrazione (log-y) con H2 Mostro 10 specie Linnesco della
reazione avviene con il formarsi di radicali OH
Slide 30
Confronto con lequilibrio In presenza di idrogeno, anche in
quantit ridotte, il sistema raggiunge molto prima lequilibrio.
Slide 31
Esempio 3: CH4 meccanismo: GRImech (chem.inp)
Slide 32
Esempio 3.A. =1 Stechiometrico in aria PH.inp 1 1473P (atm) e
T(K) iniziali CH4 1 O2 2 N2 8 END 3.0E-3 1.0E-5FINAL TIME AND
DT
Slide 33
Temperatura
Slide 34
Concentrazione Le 7 specie stabili allinnesco il metano
scompare, e si formano i prodotti della combustione. 1.6 ms
Slide 35
Concentrazione (log-y) Prima che la reazione si inneschi, c la
formazione di radicali e alcani- alcheni superiori. Poi, anche gli
alcani-alcheni superiori scompaiono, perch la temperatura molto
aumentata e non sono pi stabili. Mostro 15 specie
Slide 36
Esempio 3.B. =2 Miscela ricca PH.inp 1 1473P (atm) e T(K)
iniziali CH4 1 O2 1 N2 4 END 3.0E-3 1.0E-5FINAL TIME AND DT
Slide 37
Concentrazione Le 7 specie stabili: H2 e CO ora prevalgono su
CO2 e H2O 2.2 ms