问题描述
本文介绍了使用气相平衡计算来确定氢气/空气系统的绝热火焰温度。绝热火焰温度是在特定条件下燃烧特定气体混合物所能达到的最高温度的量度。在包括热损失、化学动力学和/或质量传输限制的真实系统中，火焰温度可能低于绝热火焰温度。
问题分析
平衡计算只需要一份物种清单及其热力学数据，不需要反应列表。对于这个样本问题，化学输入文件只包括3个元素：H、O和N；和9种组分：H2、H、O2、O、OH、HO2、H2 O、N2和H2 O2；热力学数据使用库中即可。需要注意的是，对于平衡计算来说，列出的组分清单应尽可能的全。
动力学文件
新建一个记事本，复制下面内容，粘贴，保存，修改文件后缀为.inp
ELEMENTS H O N END
SPECIES H2 H O2 O OH HO2 H2O N2 H2O2 END
操作步骤
- 启动CHEMKIN PRO 2022 R1，新建（NEW）一个Project，命名为Equilibrium
- 在左侧Models中找到化学平衡标志图标点击一次，使其出现在Diagram view中，update project
- 在左侧模型树中pre-processing被激活，双击，选择工作路径，我设置的为C:\Users\19029\Desktop\ing，其中ing是我创建在桌面上的一个文件夹，动力学文件以.inp格式保存在该文件夹下
- 点击New Chemistry Set，新建一个化学集
- 为这个化学集命名为Equilibrium_chemistry_set；描述可以忽略；Gas-phase kinetics file选择刚刚保存的inp格式文件；thermodynamics flie选择系统自带的热力学数据库：C:\Program Files\ANSYS Inc\v221\reaction\data\therm.dat；其余保持空白即可，点击Save as...，弹出一个窗口，直接点击save
- 点击Run pre processor下面信息栏显示
表示运行成功，动力学和热力学数据没问题，如果报错那么在工作路径下有一个error的文件，记事本打开可以查看错误信息，根据信息进行修正即可。 - 前处理之后，左侧模型树出现了该模型的cluster，如图所示
- 双击C1_Equilibrium，在这里设置边界条件和初始条件。在Reactor physical properties面板下设置问题类型（恒压和焓）、初始温度（300 K）和压力（1个大气压）。Estimated Equilibrium temperature设置为2000 K，该温度用于帮助确保获得的结果是点燃的气体的绝热火焰温度，而不是未燃烧的状态。
- 在“反应物种类”（reactant species）选项卡的“反应物”子选项卡中输入起始成分。反应物混合物定义初始状态，该初始状态提供初始化学物质的摩尔数和初始能量状态，根据化学方程式：2H2+(O2+3.76N2)->2H2O+3.76N2输入如下图，此时H/O=2
- Constrained speecies面板用于指定初始温度升高时的两个附加模拟。此处不设置。双击RUN Calculations-Begin-Next step
- 接下来查看结果，点击process solution data，弹出显示面板，X variable选择初始温度，Y variable选择平衡温度，create plot，设置和结果如下图所示：
上图显示了这些模拟的平衡温度，代表了H/O比为2.0的氢气/空气混合物的绝热火焰温度。温度约为2400 K，因此明显对应于燃烧的气体。正如预期的那样，这些绝热火焰温度随着初始气体温度的升高而升高。