СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ГРАФОВОЙ РЕДУКЦИИ ПЕРВОГО, ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ В МОДЕЛЯХ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ

Авторы: 
А.Р. Герб, Е.Е. Девятых*, Г.А. Омарова
УДК: 
519.17+51-7
DOI: 
10.24412/2073-0667-2025-4-25-37
Аннотация: 

Исследованы и реализованы методы графовой редукции. Проведен сравнительный анализ работы рассматриваемых методов на пяти моделях с различными порогами ошибки. Исходный кинетический механизм представлен в виде ориентированного графа, узлы которого соответствуют химическим веществам, дуги отражают зависимости между веществами. Преимущество методов заключается в меньших вычислительных затратах и способности формировать достаточно компактные редуцированные модели.

 

Исследование выполнено в рамках научной программы Национального центра физики и математики, направление № 2 «Математическое моделирование на супер-ЭВМ экса- и зеттафлопсной производитель-ности. Этап 2023–2025».

 

Список литературы

  1. Turanyi V. Reduction of large reaction mechanisms // New J. Chemistry. 1990. V. 14. № 1 P. 795–803.
  2. Tomlin A. S., Pilling M. J., Turanyi T., Merkin J. H., Brindley J. Mechanism reduction for the oscillatory oxidation of hydrogen: sensitivity and quasi-steady-state analyses // Combust. and Flame. 199 V. 91. № 2. P. 107–130.
  3. Massias A., et al. An algorithm for the construction of global reduced mechanisms with CSP data // Combust. and Flame. 1999. V. 117. № 4. P. 685–708.
  4. Lu T., Ju Y., Law P. K. Complex CSP for chemistry reduction and analysis // Combust. and Flame. 2001. V. 126. № 1–2. P. 1445–1455.
  5. Peters N. Flame calculations with reduced mechanisms — an outline /Reduced kinetic mechanisms for applications in combustion systems. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg,1993.P.3–14.
  6. Rabitz H., Kramer M., Dacol D. Sensitivity analysis in chemical kinetics // Annual Rev. of Phys. Chem. 1983. V. 34, № 1. P. 419–461.
  7. Niemeyer K. E., Sung C.-J., Raju M. P. Skeletal mechanism generation for surrogate fuels using directed relation graph with error propagation and sensitivity analysis // Combust. and Flame. 2010.V. 157, № 9. P. 1760–1770.
  8. Mauersberger G. ISSA (iterative screening and structure analysis) a new reduction method and its application to the tropospheric cloud chemical mechanism RACM/CAPRAM2.4 // Atmosph. Environ. 2005. V. 39, iss. 2324. P. 4341–4350.
  9. Zeuch T., Moreac G., Ahmed S., Mauss F. A comprehensive skeletal mechanism for the oxidation of n-heptane generated by chemistry-guided reduction // Combust. and Flame. 2008. V. 155. P. 651–674.
  10. Pepiot-Desjardins P., Pitsch H. An automatic chemical lumping method for the reduction of large chemical kinetic mechanisms // Combust. Theory and Modell. 2008. V. 12, iss. 6. P. 1089–1108.
  11. Lu T., Law C. K. A directed relation graph method for mechanism reduction // Proc. of the Combust. Institute. 2005. V. 30, iss. 1. P. 1333–1341.
  12. Sun W., Chen Z., Gou X., Ju Y. A path ux analysis method for the reduction of detailed chemical kinetic mechanisms // Combustion and Flame. 2010. V. 157, № 7. P. 1298–1307.
  13. Pepiot-Desjardins P., Pitsch H. An efficient error-propagation-based reduction method for large chemical kinetic mechanisms // Combust. and Flame. 2008. V. 154, № 12. P. 6781.
  14. Gao X., Yang S., Sun W. A global pathway selection algorithm for the reduction of detailed chemical kinetic mechanisms // Combust. and Flame. 2016. V. 167. P. 238–247. DOI: 10.1016/j.combustame.2016.02.007.
  15. Dijkstra E. W. A note on two problems in connection with graphs // Numer. Math. 1959. V. 1.P.  269–271.  https://doi.org/10.1007/BF01386390.
  16. Yen J. Y. Finding the k shortest loopless paths in a network // Manag. Sci. 1971. V. 17. P. 712–7
  17. Герб А. Р., Девятых Е. Е., Омарова Г. А. Методы графовой редукции в моделях химической кинетики // Пробл. информ. 2024. № 3 (64).
  18. Goodwin D. G., Moffat H. K., Speth R. L. Cantera: An object-oriented software toolkit for chemical kinetics, thermodynamics, and transport processes. [Electron. Res.]: http://www.cantera. org.
  19. [Electron.   Res.]:   https://eigen.tuxfamily.org/index.php?title=Main_Page.
  20. [Electron. Res.]: https://www.boost.org/doc/libs/1_83_0/doc/html/program_options. html.
  21. [Electron. Res.]: https://github.com/jbeder/yaml-cpp.
  22. The CRECK Modeling Group. Detailed kinetic mechanisms. [Electron. Res.]: http:// creckmodeling.chem.polimi.it/menu-kinetics/menu-kinetics-detailed-mechanisms/.

 

 

Ключевые слова: 
граф, редукция, модель химкинетики, DRG, DRGEP, PFA, GPS.
Номер журнала: 
4(69) 2025 г.
Год: 
2025
Адрес: 
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, Новосибирск, Россия *Новосибирский Государственный Университет, 630090, Новосибирск, Россия
Библиографическая ссылка: 
Герб А. Р., Девятых Е. Е., Омарова Г. А . Сравнение методов графовой редукции первого, второго и третьего поколения в моделях химической кинетики //"Проблемы информатики", 2025, № 4, с.25-37. DOI: 10.24412/2073-0667-2025-4-25-37.