First- and Second-Order Local and Global Sensitivity Analyses on Ignition Delay Times of Four Typical Fuels

Shuanghui XI Fan WANG Xiangyuan LI

Citation:  XI Shuanghui, WANG Fan, LI Xiangyuan. First- and Second-Order Local and Global Sensitivity Analyses on Ignition Delay Times of Four Typical Fuels[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2019, 35(2): 167-181. doi: 10.3866/PKU.WHXB201803022 shu

典型燃料点火延迟时间的一阶和二阶局部和全局敏感度分析

    通讯作者: 王繁, wangf44@gmail.com
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21773160

    国家自然科学基金 21473116

    国家重点研发计划 2017YFB0202400

    国家重点研发计划 2017YFB0202401

    国家重点研发计划(2017YFB0202400, 2017YFB0202401)和国家自然科学基金(21473116, 21773160)资助项目

摘要: 本文中,我们计算氢气和一些典型的碳氢化合物燃料的化学动力学机理中,点火延迟时间相对于反应速率常数的一阶和二阶全局和局部敏感系数。在敏感度分析中,模型的输出选为点火延迟时间的自然对数,而输入参数是反应速率常数所乘比例因子的自然对数。在本文的敏感度分析中,模型的输出表示为最多同时依赖于两个输入参数的多项式函数。通过改变一个或者两个输入参数来确定这个多项式函数,而局部敏感度系数和全局敏感度系数通过这个多项式很容易得到。与基于高维模型表示法(HDMR)的全局敏感度分析相比,这种方法需要相对少量的样本。我们的结果显示,全局敏感度分析所确定的重要反应与局部敏感度分析的结果非常类似,这是因为输入参数只在较小范围内变化。某些情况下, 一个重要反应与一个次要反应可能具有相对较大的二阶敏感度系数。本文所发展的敏感度分析方法提供了燃烧机理中对燃烧特性影响显著的反应信息,以及两个反应相互耦合对燃烧特性的影响。此外,它还可以用来辅助RS-HDMR进行全局敏感度分析,进而更加可靠地确定全局敏感度系数。

English

    1. [1]

      Tomlin, A. S.; Turányi, T. Cleaner Combust. Green Energy Technol. 2013, 411. doi: 10.1007/978-1-4471-5307-8_16

    2. [2]

      Turányi, T. ; Tomlin, A. S. Analysis of Kinetic Reaction Mechanisms; Springer-Verlag: Berlin Heidelberg, German; 2014.

    3. [3]

      Tomlin, A. S. Proc. Combust. Inst. 2013, 34, 159. doi: 10.1016/j.proci.2012.07.043

    4. [4]

      Saltelli, A.; Ratto, M.; Tarantola, S.; Campolongo, F. Chem. Rev. 2005, 105, 2811. doi: 10.1021/cr040659d

    5. [5]

      Zádor, J.; Zsély, I. G.; Turányi, T. Reliab. Eng. Syst. Saf. 2006, 91, 1232. doi: 10.1016/j.ress.2005.11.020

    6. [6]

      Wang, H.; Sheen, D. A. Prog. Energy Combust. Sci. 2015, 47, 1. doi: 10.1016/j.pecs.2014.10.002

    7. [7]

      Skodje, R.T.; Tomlin, A. S.; Klippenstein, S. J.; Harding, L. B.; Davis, M. J. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 8286. doi: 10.1021/jp1047002

    8. [8]

      Saltelli, A. ; Tarantola, S. ; Campolongo, F. ; Ratto, M. Sensitivity Analysis in Practice: A Guide to Assessing Scientific Models; John Wiley & Sons Ltd. : Chichester, UK; 2004.

    9. [9]

      Saltelli, A.; Ratto, M.; Tarantola, S.; Campolongo, F.; Commission, E. Relia. Eng. Syst. Saf. 2006, 91 (10-11), 1109. doi: 10.1016/j.ress.2005.11.014

    10. [10]

      Saltelli, A. ; Ratto, M. ; Andres T. ; Campolongo, F. ; Cariboni, J. ; Gatelli, D. ; Sasana, M. ; Tarantola, S. Global Sensitivity Analisis: The Primer; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA; 2008.

    11. [11]

      Najm, H. N. Annu. Rev. Fluid Mech. 2009, 41, 35. doi: 10.1146/annurev.fluid.010908.165248

    12. [12]

      Sobol, I. M. Modelirovanie 1990, 2, 112. doi: 10.1016/S0378-4754(00)00270-6

    13. [13]

      Zsély, I. G.; Zádor, J.; Turányi, T. Reliab. Eng. Syst. Saf. 1997, 57, 41. doi: 10.1002/kin.20373

    14. [14]

      Turányi, T. ; Rabitz, H. ; Saltelli, A. ; Chan, K. ; Scott, E. M. Sensitivity Analysis; Wiley: Chichester, UK; 2000.

    15. [15]

      McKay, M. D. Reliab. Eng. Syst. Saf. 1997, 57, 267. doi: 10.1016/S0951-8320(97)00039-2

    16. [16]

      Xing, L.; Li, S.; Wang, Z.; Yang, B.; Klippenstein, S. J.; Zhang, F. Combust. Flame 2015, 162, 3427. doi: 10.1016/j.combustflame.2015.06.006

    17. [17]

      Zheng, X. L.; Lu, T. F.; Law, C. K. Proc. Combust. Inst. 2007, 31, 367. doi: 10.1016/j.proci.2006.07.182

    18. [18]

      Sankaran, R.; Hawkes, E. R.; Chen, J. H.; Lu, T. F.; Law, C. K. Proc. Combust. Inst. 2007, 31, 1291. doi: 10.1016/j.proci.2006.08.025

    19. [19]

      Luo, Z.; Plomer, M.; Lu, T. F.; Som, S.; Longman, D. E.; Sarathy, S. M.; Pitz, W. J. Fuel 2012, 99, 143. doi: 10.1016/j.fuel.2012.04.028

    20. [20]

      Lu, T. F.; Law, C. K. Combust. Flame 2008, 154, 153. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.11.013

    21. [21]

      Niemeyer, K. E.; Sung, C. J. Combust. Flame 2014, 161, 2752. doi: 10.1016/j.combustflame.2014.05.001

    22. [22]

      Niemeyer, K. E.; Sung, C. J.; Raju, M. P. Combust. Flame 2010, 157, 1760. doi: 10.1016/j.combustflame.2009.12.022

    23. [23]

      Li, R.; Li, S. H.; Wang, F.; Li, X. Y. Combust. Flame 2016, 166, 55. doi: 10.1016/j.combustflame

    24. [24]

      SENKIN: A Fortran Program for Predicting Homogeneous Gas Phase Chemical Kinetics with Sensitivity Analysis. Available online: https: //www. osti. gov/biblio/5371815 (accessed on February 28, 2018).

    25. [25]

      Turányi, T. Tools Appl. J. Math. Chem. 1990, 5, 203. doi: 10.1007/BF01166355

    26. [26]

      Ziehn, T.; Tomlin, A. S. Env. Model. Soft. 2009, 24, 775. doi: 10.1016/j.envsoft

    27. [27]

      Sobol, I. M. Math. Comp. Sim. 2001, 55, 271. doi: 10.1016/S0378-4754(00)00270-6

    28. [28]

      Li, S.; Yang, B.; Qi, F. Combust. Flame 2016, 168, 53. doi: 10.1016/j.combustflame.2016.03.028

    29. [29]

      Ziehn, T.; Hughes, K. J.; Griffiths, J. F.; Porter, R.; Tomlin, A. S. Combust. Theory Modell. 2009, 13, 589. doi: 10.1080/13647830902878398

    30. [30]

      Tomlin, A. S.; Ziehn, T. Lect. Notes Comput. Sci. Eng. 2010, 75, 9. doi: 10.1007/978-3-642-14941-2_2

    31. [31]

      Saltelli, A.; Annoni, P.; Azzini, I.; Campolongo, F.; Ratto, M.; Tarantola, S. Comput. Phys. Commun. 2010, 181, 259. doi: 10.1016/j.cpc.2009.09.018

    32. [32]

      Davis, M. J.; Liu, W.; Sivaramakrishnan, R. J. Phys.Chem.A 2017, 121 (3), 553. doi: 10.1021/acs.jpca.6b09310

    33. [33]

      Davis, M. J.; Skodje, R. T.; Tomlin, A. S. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 1556. doi: 10.1021/jp108017t

    34. [34]

      Ziehn, T.; Tomlin, A. S. Int. J. Chem. Kinet. 2008, 40, 742. doi: 10.1002/kin.20367

    35. [35]

      Ziehn, T.; Tomlin, A. S. Atmos. Environ.2008, 42, 1857. doi: 10.1016/j.atmosenv.2007.11.018

    36. [36]

      Zhou, D. Y.; Davis, M. J.; Skodje, R. T. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 3569. doi: 10.1021/jp312340q

    37. [37]

      Rabitz, H.; Alis, Ö. F. J. Math. Chem. 1999, 25, 197. doi: 10.1023/A:1019188517934

    38. [38]

      Wang, S. W.; Georgopoulos, P. G.; Li, G.; Rabitz, H. Lect. Notes Comput. Sci. 2001, 2179, 326. doi: 10.1007/3-540-45346-6_34

    39. [39]

      Brell, G.; Li, G.; Rabitz, H. J. Chem. Phys. 2010, 132, 174103. doi: 10.1063/1.3407440

    40. [40]

      Alis, Ö. F.; Rabitz, H. J. Math. Chem. 2001, 29, 127. doi: 10.1023/A:1010979129659

    41. [41]

      Li, G.; Wang, S. W.; Rabitz, H. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 8721. doi: 10.1021/jp014567t

    42. [42]

      Li, G.; Wang, S. W.; Rabitz, H.; Wang, S.; Jaffé, P. Chem. Eng. Sci. 2002, 57, 4445. doi: 10.1016/S0009-2509(02)00417-7

    43. [43]

      Feng, X. J.; Hooshangi, S.; Chen, D.; Li, G.; Weiss, R.; Rabitz, H. Biophys. J. 2004, 87, 2195. doi: 10.1529/biophysj.104.044131

    44. [44]

      Rabitz, H.; Alis, Ö. F.; Shorter, J.; Shim, K. Comput. Phys. Commun. 1999, 117, 11. doi: 10.1016/S0010-4655(98)00152-0

    45. [45]

      Li, G.; Rabitz, H.; Wang, S. W.; Georgopoulos, P. G. J. Comput. Chem. 2003, 24, 277. doi: 10.1002/jcc.10172

    46. [46]

      Li, G.; Rabitz, H. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1112. doi: 10.1002/jcc.20435

    47. [47]

      McKay, M. D. Reliab. Eng. Syst. Saf. 1997, 57, 267. doi: 10.1016/S0951-8320(97)00039-2

    48. [48]

      O'Conaire, M.; Curran, H. J.; Simmie, J. M.; Pitz, W. J.; Westbrook, C. K. Intl. J. Chem. Kinet. 2004, 36 (11), 603. doi: 10.1002/kin.20036

    49. [49]

      Konnov, A. A. Combust. Flame 2008, 152, 507. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.10.024

    50. [50]

      王全德.物理化学学报, 2016, 32, 595. doi: 10.3866/PKU.WHXB201512211Wang, Q. D. Acta Phys. -Chim. Sin 2016, 32, 595. doi: 10.3866/PKU.WHXB201512211

    51. [51]

      Lu, T. F.; Law, C. K. Combust. Inst. 2005, 30, 1333. doi: 10.1016/j.proci.2004.08.145

    52. [52]

      李树豪, 李瑞, 郭俊江, 谈宁馨, 王繁, 李象远.物理化学学报, 2016, 32, 1623. doi: 10.3866/PKU.WHXB201604084Li, S. H.; Li, R.; Guo, J. J.; Tan, N. X.; Wang, F.; Li, X. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 1623. doi: 10.3866/PKU.WHXB201604084

    53. [53]

      蒋勇, 邱榕.物理化学学报, 2009, 25, 1019. doi: 10.3866/PKU.WHXB20090426Jiang, Y.; Qiu, R. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1019. doi: 10.3866/PKU.WHXB20090426

    54. [54]

      Pepiot-Desjardins, P.; Pitsch, H. Combust. Flame 2008, 154, 67. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.10.020

    55. [55]

      Luo, Z.; Lu, T. F.; Maciaszek, M. J.; Som, S.; Longman, D. E. Energy Fuels 2010, 24, 6283. doi: 10.1021/ef1012227

    56. [56]

      Sun, W.; Chen, Z.; Gou, X.; Ju, Y. Combust. Flame 2010, 157, 1298. doi: 10.1016/j.combustflame.2010.03.006

    57. [57]

      Liu, A. K.; Jiao, Y.; Li, S. H.; Wang, F.; Li, X. Y. Energy Fuels 2014, 28, 5426. doi: 10.1021/ef5002502

    58. [58]

      Available online: http://c3.nuigalway.ie/butane.html (accessed on February 28, 2018).

    59. [59]

      Mehl, M.; Pitz, W. J.; Westbrook, C. K.; Curran, H. J. Proc. Combust. Inst. 2011, 33 (1), 193. doi: 10.1016/j.proci.2010.05.027

    60. [60]

      Mehl, M.; Pitz, W. J.; Sjöberg, M.; Dec, J. E. SAE Tech. Paper. 2009, 1, 1806. doi: 10.4271/2009-01-180

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  20
  • 文章访问数:  1318
  • HTML全文浏览量:  130
文章相关
  • 发布日期:  2019-02-15
  • 收稿日期:  2017-12-18
  • 接受日期:  2018-02-01
  • 修回日期:  2018-01-19
  • 网络出版日期:  2018-02-02
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章