软件X 22（2023）101375原始软件出版物SootLib：用于燃烧模拟的碳烟模型库维多利亚湾放大图片作者：Stephens，Joshua Bedwell，Alex J. Josephson，Keturah Oldham，David O.利格内尔杨百翰大学化学工程系，Provo，UT 84602，USAar t i cl e i nf o文章历史记录：2023年1月16日收到2023年3月16日接受关键词：烟尘燃烧模拟气溶胶a b st ra ct燃烧过程中碳烟的形成是影响辐射传热、火焰温度和排放的重要过程，对健康和环境有影响。烟尘的形成涉及复杂的化学成核、生长、氧化和凝结过程。烟灰颗粒的尺寸变化很大，准确的建模需要颗粒尺寸分布（PSD）的表示。对碳烟进行建模并不简单，它只是燃烧系统中活跃的几个物理过程之一。本文介绍了一个软件包，称为SootLib，这是一个开源库，用于模拟烟尘形成和其他气溶胶系统。SootLib是用C++编写的，用Doxygen记录，可以在GitHub上找到。该库包括几个用于烟尘化学和凝结的模型，它使用截面模型或矩量法（Method of Moments，简称PSD）来表示PSD。四个封闭的方法，实现允许多达8个时刻：单分散，假设形状的对数正态分布，矩的正交法，和插值封闭的矩的方法。SootLib提供了一个接口，用于包含在其他燃烧软件包中，包括CFD或反应流求解器。模型的范围允许比较和敏感性研究，模块化便于扩展到其他烟尘模型。版权所有©2023作者。由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本1.0用于此代码版本的代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-23-00025可复制胶囊的永久链接法律代码许可证MIT使用Git的代码版本控制系统使用C++的软件代码语言、工具和服务编译要求、操作环境依赖性C++11，CMake 3.15+如果可用链接到开发人员文档/手册问题支持电子邮件davidlignell@byu.edu1. 介绍烟炱的形成是非预混燃烧的一个基本方面，在许多工程应用（包括野外火灾）中非常重要。烟尘是火焰发光的原因，产生了大部分火焰向周围环境的辐射热传递，并导致了与来自计算机系统的为了解决煤烟*通讯作者。电子邮件地址：davidlignell@byu.edu（David O. Lignell）。https://doi.org/10.1016/j.softx.2023.101375和燃烧环境中的行为，通常通过建模和仿真。燃烧过程在其长度和时间尺度上跨越许多数量级，并且模拟火焰中的烟灰进一步扩大了必须考虑的尺度范围，增加了额外的复杂性和计算成本。直接模拟方法可以通过解析整个范围的长度和时间尺度来产生准确的模拟数据，但是计算成本可能非常高，特别是对于模拟工程师感兴趣的实际燃烧过程[3]。在模拟中量化烟尘产生的计算模型可以帮助我们研究其基本行为，并区分各种反应机制和传输模型，同时还可以减少潜在的高计算成本。2352-7110/©2023作者。 由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softx维多利亚湾 Stephens，Joshua Bedwell，Alex J. Josephson et al.软件X 22（2023）1013752222表1在SootLib中实现的烟尘化学模型的总结。在机理中，C（s）表示烟灰颗粒，即“固体"碳，而C（s）表示碳颗粒。 表示在一个煤烟颗粒，通常由氢提取引起。速率表达式和涉及多个表达式或其他的速率表达式的变量定义不适合在这个表中可以找到在各自的部分指出。LINC 2 H 2−→ 2 C（s）+H 2R nuc= 0. 63× 104e−21100/T[ C2 H2]PAH成核[7]PAHPAH+ PAH−→DIMER2DIMER + DIMER −→ C（s）R nuc= 0。5βD， DnD表面生长Leung&Lindstedt [5]LLC 2 H 2 + nC（s）−→（n+2）C（s）+H 2 R grw=0. 6×104e−12100/Tf（A s）[C 2 H2]Lindstedt 1994 [8]LINC 2 H 2 + nC（s）−→（n+2）C（s）+H 2 R grw=0. 1×10−11e−12100/T[C 2 H 2]2 M0MWCHACA [9，10]HACAC（s）−H + HC（s）. + H 2R grw，f=4. 2×1013e−13/RT[H]Rgrw，r=3。9×1012e−11/RT[H2]C（s）−H + OHC（s）. + H2 OR grw，f = 1 × 1010 T0. 734e−1。43/RT[OH]Rgrw，r = 3。68× 10 8 T 1. 139e-17。1/RT[H2O]C（s）。 + H −→ C（s）− HR grw= 2。0× 1013[ H]C（s）。 + C 2 H 2−→ C（s）− H + HR grw = 8. 0 × 10 7 T 1. 56e-3。8/RT[C2H2]氧化Leung&Lindstedt [5]LLC（s）+1O 2−→ COR oxi，O2 = 0. 1× 105 T 1/2 e−19680/T[O 2]HACA [9，10]HACAC（s）. +O 2−→2 CO+产物R oxi，O2=2。2× 1012e−7。5/RT[O2]C（s）− H + OH −→ CO+产物R oxi，OH = 0。13· 1290POHT−1/2Lee [11] + Neoh [12，13]LEE_NEOHC +1O 2−→ COR oxi，O2 =1。085× 104PO2T−1/2e−19778。24/TC + OH −→ CO + HR oxy，OH = 0。13· 1290POHT−1/2NSC [14] + Neoh [12，13]NSC_NEOHC+1O2−→CO参考文档C + OH −→ CO + HR oxy，OH = 0。13· 1290POHT−1/2凝血连续状态[15]CONTINUUMnC（s）−→Cn（s）参考文档自由分子状态[15]FMnC（s）−→Cn（s）参考文档调和平均[4]HMnC（s）−→Cn（s）参考 到 文件Fuchs [15，16]FUCHSnC（s）−→Cn（s）参考文档成本这种模型代表了燃烧系统研究的重要一步[4]。本文介绍了SootLib，一个易于使用的软件包，作为一个接入点的碳烟性能和颗粒动力学建模，并可以与各种模拟方法的燃烧CFD接口SootLib是一个具有模块化设计的C++库，具有可互换的模型部件，允许用户快速轻松地比较和对比其经过验证的烟灰化学和颗粒动力学机制库中的模型，所有这些都通过一致的界面实现。SootLib包括碳烟化学模型以及颗粒尺寸分布（PSD）的表示，包括一个截面模型和矩量法（Moments），具有四个闭合方案，最多可考虑八个矩。虽然专注于燃烧系统中的碳烟形成，但SootLib可广泛应用于一系列气溶胶系统。我们在下面给出了烟尘模型的总结、SootLib软件的描述和说明性示例。2. 模型描述一般来说，煤烟模型可以分为两个相互关联的部分：化学和粒子动力学.碳烟化学模型描述了碳烟行为中涉及的化学反应使用一组特定的烟灰化学模型通常不需要使用特定的PSD模型。SootLib具有模块化结构，允许用户指定单个模型，而不是预先确定的模型集，为用户提供更大的灵活性，并促进模型比较和敏感性分析。2.1. 化学在燃烧建模环境中，烟灰通常被描述为高于预定质量阈值的碳原子的集合。1煤烟颗粒通常被认为是球形的，1 事实上，煤烟还含有少量的氢和其他元素。便于计算颗粒直径、体积和表面积。2碳烟化学通常分为四类，所有这些都取决于并影响碳烟PSD和气体状态：气态前体的成核，3生长和氧化通过与气态物质反应，以及烟灰颗粒凝结形成更大的颗粒。另外的烟灰过程包括通过多环芳烃（PAH）的冷凝的生长、聚集成大的分形聚集体以及在氧化过程期间的碎裂。有些模式提供所有四种机制，而其他模式则扩展了早期的机制或侧重于一种类型。全局动力学机制，通常由阿克里先乌斯式速率表达式表示换句话说，全局模型倾向于牺牲精度，以追求高速和低计算成本。基于物理的模型和机制使用多个基本反应步骤来表示实际的烟尘行为，而不是依赖于全局反应模型中固有的非线性。通过解释基本现象，基于物理学的模型可能会以牺牲计算速度和效率为代价来提高准确性。SootLib从文献中收集了一系列模型，并使用统一的接口实现了它们，一个灵活的模型开发和仿真框架。表1总结了SootLib中实现的碳烟化学模型，以下部分提供了一般描述。更多信息请参见软件包文档。2 这是一个合理的假设，新生的烟灰颗粒，但可能不足以描述大的烟灰团聚体，往往表现出分形结构[17，18]。3 由液体或固体燃料产生的碳烟通过不同的机理成核目前，SootLib化学类型模型型号ID机制速率表达式成核[6]第五届中国国际纺织品展览会会H2O→H2O+H2ORnuc = 0。1× 105e−21100/T[ C2 H2]维多利亚湾 Stephens，Joshua Bedwell，Alex J. Josephson et al.软件X 22（2023）1013753≫≡≪==·+2.1.1. 成核成核是最小的烟灰颗粒由气相分子反应形成的过程。最简单的成核模型使用乙炔（C2H2）作为替代物来代表所有的成核途径，而更复杂的机理则是从PAH形成烟尘。SootLib实现了Leung等人[5]和Lindstedt [6]的两个基于乙炔的成核模型，以及Blanjiang和Pitsch [19]的一个PAH成核模型。在PAH模型中，烟尘是由两个多环芳烃二聚体是由多个多环芳烃物种之间的碰撞形成的该模型仅评估二聚体形成的总速率和平均二聚体碳含量，而不是计算每种可能的由于碰撞率很高，我们假设准稳态二聚体浓度，这允许通过求解二次方程来计算二聚体浓度。一旦已经计算出稳态二聚体浓度，就将成核速率计算为二聚体之间的碰撞速率。该PAH成核模型还考虑到PAH二聚体在现有烟灰上的冷凝颗粒，增强表面生长模型。2.1.2. 表面生长表面生长是指通过与气态物质反应将碳添加到现有的烟灰颗粒上。大多数碳烟表面生长模型依赖乙炔（C2H2）作为气态碳的主要来源，尽管其他物种也可能有贡献。此外，表面生长模型往往包括对烟灰颗粒表面积的一些依赖性，因为将碳原子添加到现有颗粒的SootLib包括三种表面生长机制：Leung等人[ 5 ]基于气态乙炔浓度和烟灰颗粒表面积的经验模型; Lindstedt [ 8 ]的模型;以及氢提取乙炔加成（HACA）机制[9]。一个详细的增长模型，由一系列重复的基元反应步骤组成，用阿克里乌斯速率表达式表示。这些生长机制列于表1中。由于其经验性较低，因此与更简单的机制相比，HACA机制可能提供更高的准确性，并且其计算可用烟灰表面位置的稳态方法使其计算成本相对较低[9]。在HACA机制中，可用反应位点的数目被计算为自由基表面位点的准稳态浓度。一旦计算出可用位点的浓度，烟灰表面生长速率由在HACA序列中的第四反应的正向速率给出（参见表1）。2.1.3. 氧化烟尘氧化是指烟尘颗粒由于与气态物质反应而失去碳的过程。与表面生长类似，氧化机制与烟灰颗粒的表面积成比例。最简单的碳烟氧化模型仅取决于气态O2的浓度和一个或多个经验速率常数，包括 Lee 等 人 提 出 的 全 局 速 率 表 达 式 [11] 、 Nagle 和 Strickland-Constable提出的模型然而，这些模型要么不考虑OH氧化的影响，要么像[5]中那样，将O2作为替代氧化物质隐含地考虑在内。考虑到之前模型中没有考虑OH氧化，SootLib将Neoh等人[ 12，13 ]提出的OH氧化表达式添加到Lee等人和Nagle和Strickland-Constable提出的氧化表达式中，从而产生了烟尘的LEE _ NEOH和NSC _ NEOH组合选项SootLib中的氧化ACA生长模型包括氧化Fig. 1. Dp，1= 40 nm时的凝血系数K12用于计算稳态活性位点浓度的步骤。氧化是通过OH和O2进行的，由表1中的HACA序列中的第五和第六反应表示。在SootLib中，增长模型的HACA规范应该是与用于氧化模型的HACA配对以保持一致性。2.1.4. 凝血凝结是指烟灰颗粒由于与其他烟灰颗粒碰撞而尺寸增加的过程。因此，凝结直接取决于烟灰颗粒尺寸分布（PSD），其描述了烟灰颗粒在尺寸、质量或数量密度方面的群体。颗粒相互作用发生在两个极限或之间-在连续区，当平均自由程λp扩散颗粒远小于其尺寸（Kn p2 λp/D p1），凝聚系数取决于每个碰撞颗粒的尺寸和扩散率。粒子扩散率采用经坎宁安滑移校正因子修正的斯托克斯-爱因斯坦关系式计算在自由分子状态下，当颗粒的平均自由程λp远大于其尺寸（Knp1）时，凝聚系数由基于碰撞颗粒尺寸的分子动力学理论的碰撞率给出该速率通常由范德华增强因子[20]或其他因子（可在代码中进行调整）进行修改根据周围的条件，烟尘凝结可以发生在连续或自由分子的限制或任何地方之间，一个区域称为过渡制度。Fuchs提出了一个广义凝聚系数，该系数考虑了颗粒状态的动力学效应[15，16]。或者，过渡区中的凝聚系数可以合理地近似为连续谱和自由分子极限的调和平均值[4，21]。图1表示Dp，1时的凝结系数K1240 nm颗粒。该图比较了自由分子（FM）和连续（C）状态的凝结系数，以及在之间平滑过渡的Fuchs模型和调和平均值。注意，谐波平均值由HM FM C/（FM C）给出，并且有效地选择两个速率中的较低速率，但是缺少当FM=C时平均值所需的因子2。红色虚线表示λp，1/Dp，2或λp，2/Dp，1的最小值，它与将一对粒子中的一个视为固定粒子而另一个视为扩散粒子的努森数成比例。细的灰色垂直线在1和0.1处与该曲线相交，并给出了良好的指示维多利亚湾 Stephens，Joshua Bedwell，Alex J. Josephson et al.软件X 22（2023）1013754∫（<$=∑M=mN，（1）ki+∑∫∫∫GSS是质量坐标系插入V0g，并使用矩定义给出K022122二、00˙布表2在SootLib中实现的碳烟颗粒尺寸分布模型的总结考虑净增长项;它由Gstec=−k（vgn）给出，其中v=kπ（6/πρ）2/3m2/3dinate，k s是单位面积的化学增长率，ρs是烟尘密度。通过分部积分得到Gsteck=k∞vgmk−1n（m）dm，带插值闭包的矩量法[4] MOMIC3-8[25] 2016年中国汽车工业协会年会Gsteck=ksπ6πρs）2/3kM k−1/3。（五）的过渡制度。源文档包括一个传递整数k阶矩需要分数阶矩Mk−1/3的闭包。其他源项需要类似的闭包（不带有其他Dp，1值的附加曲线的100 yter笔记本。显示）。MONO）假设n（m）=（m-m<$），从 上 面 的 模 型 中 分 离 出 来 。 用 户 可 以 选 择 连 续 极 限（CONTINUUM）、自由分子极限（FM）、过渡区的调和平均表示（HM）或凝聚系数的Fuchs形式（FUCHS）。其中，m M1/M0，仅考虑M0（单位体积所有颗粒的总数）和M1（烟灰颗粒的质量密度）。LOGN模型假设PSD为对数正态分布[26]。在这种情况下，分数阶矩由前三个整数阶矩M0、M1和M2给出[22]M=M1−3k+1k2M2k−k2M1k2−1k（六）、气溶胶粒径分布的模拟方法有两种：截面法和矩法.分段法将粒度域划分为离散范围，尺寸或质量，而矩方法使用烟尘PSD的统计矩来描述分散性。在这两种情况下，由烟尘变量（截面或矩）定义的传输方程与烟尘化学机制相互作用，以表示模拟过程中的烟尘演变。表2总结了SootLib中实施的PSD处理2.2.1. 矩量法矩方法使用分布的统计矩来描述PSD。使用离散PSD的第k个定义为Ki我其中，总和是所有可能的尺寸，mi和Ni分别是尺寸i的质量（kg）和数密度（#/m3）。对于连续分布M，k定义为：Mk=∞mn（m）dm，（2）其中n（m）是每单位质量的数密度，因此n（m）dm是尺寸m和mdm之间每体积的颗粒数。在大多数实际应用中，只需要少量的矩（2虽然矩是根据PSD定义的，但PSD是未知的，并且矩源项必须直接根据矩来编写，从而导致闭合问题。所使用的闭合方法产生了不同版本的矩量法（Method of Moments，简称FEM）。例如，具有输运算子Γ的烟粒数密度的输运方程（在物理空间中不稳定）可以写为：Γ（n（m））=Nstec+Gstec+Cstec，（3）其中，Nstec、G s t e c 和Cstec分别是成核、净生长和凝聚的源项，它们是n（m）的函数。Mk的输运方程为：矩量求积法（QRST）假设PSD由下式给出：Nen（m）=wαδ（m-mα），（ 7）α=1其中，Ne是粒子环境的数量（所考虑的矩数的一半），wα和mα是环境α中的数量密度和粒子质量，可以使用方程[24，27（2）、（7）.给定这三种PSD模型中n（m）的假定形式，可以直接计算矩源项中的积分。插值闭合矩量法（MOMIC）避免了指定烟尘PSD的形状，通过在整阶矩之间插值来闭合矩源项，从而计算分数阶矩。SootLib实现了如Frenklach [4，28]所述的MOMIC，使用全阶矩的多项式之间的多项式如源文件和文献中所述，游离分子凝血系数的形式需要在MOMIC和对数正态闭合方法中进行特殊处理2.2.2. 节段模型截面模型直接表示PSD-在SECT模型中，所需的箱数在几何上由一个变量（默认因子为2）隔开。截面模型不需要与矩方法相同的闭合类型，但是颗粒之间的凝聚通常会导致颗粒的尺寸在给定的截面尺寸之间。由于颗粒只能驻留在给定的部分中，因此通过为两个相邻部分中的每一个分配一定数量的颗粒来模拟中间尺寸，以便保持总质量和数量[25]。任何形成的大于最后一个部分的颗粒都以一定量放置在该部分中以保持质量。生长和氧化由尺寸坐标中的速度表示。SootLib使用逆风方法来保持稳定性，但是高阶单调方案用于守恒律（例如，通量限制器）。截面模型相对于PSD的优势在于，它给出了PSD的直接表示，并且如果包括足够的分辨率，缺点是Γ（Mk）=mkNstecdm+mkGstecdm+∞m k C dm.（四）0需要比在EGR中典型的多得多的部分（以及因此的烟灰变量）。在这两种情况下，M0和M1是主要的相关变量，其中M1/ρs是碳烟体积斯捷潘·斯捷潘德国联邦调查局中国科学院院士最常通过实验测量的分数。0SootLib实现了四种烟尘凝结机制，单分散模型（δ2.2. 粒度分布和动力学∞∞PSD模型型号ID#瞬间单分散[22]单2对数正态分布[22]LOGN3矩量求积法[23，24]奎斯特二四六八维多利亚湾 Stephens，Joshua Bedwell，Alex J. Josephson et al.软件X 22（2023）1013755=2.3.模型组合和限制SootLib被设计成半模块化的，因为各种烟灰化学机制可以被替换和交换，为用户提供更大的灵活性。必须指出的是，无论如何，并不是所有的模型组合都会产生物理上有意义的结果，无论是由于模型下面的注释指出了在选择模型组合时需要注意的一些限制。SootLib使用指定的气体和烟尘可变状态计算烟尘可变源项在这种情况下，气相化学机理应当包括所选烟灰化学机理所需的物质。然而，SootLib完全独立于这样的气体机制，并且SootLib使用的气体成分向量是用户提供的任何内容。以下几点适用于型号规格：LL模型包含在SootLib中作为参考点，因为它在燃烧模拟研究中很常见。这个模型是从实验乙烯射流火焰，其准确性和适用性一般限于类似的条件下，它是发达国家。不应单独使用HACA表面生长和氧化机制密码会给出警告。PAH成核机制也会导致PAH冷凝[19];这些可能会在未来的版本中分离PAH成核机制假设PAH分子的自碰撞发生在自由分子状态下，与用户指定的凝结模型无关。关于所选择的PSD 模型，QRST需要偶数个矩。两个时刻的MONO和QNOTE被验证为给出相同的结果，但MONO更简单，具有更少的计算开销。MOMIC和QMIX都限制在8个时刻，但一般不超过6个。3. 软件描述SootLib是一个面向对象的C++库，用于反应流模拟，包括CFD。下载后，SootLib包包含四个目录：src包含SootLib源代码;examples包含用法示例代码;tests包含SootLib的可选测试套件，由Catch 2驱动;docs包含可选择用于使用Doxygen生成代码文档的文件。SootLib的安装由CMake自动完成，项目选项可以通过编辑顶层的CMakeLists.txt文件或CMakeCache.txt文件来更改。有关详细的编译和安装说明，包括CMake选项的完整列表，请参阅软件包文档。成 功 安 装 将 生 成 一 个 包 含 SootLib 头 文 件 的include/sootlib要在C++代码中使用SootLib，请包含已安装的头文件sootHeaders. h并链接libsootModel. a库文件。或 者 ， SootLib 也 可 以 通 过 sootlib.cmake 或 CMake 的FetchContent模块作为更大的CMake项目的一部分使用SootLib库主要由两个对象类组成，用户通过它们与库进行交互-state和sootModel-这两个类都包含在soot名称- pace中。state对象保存用户提供的有关当前热力学状态的详细信息：温度、压力、密度，粘度、气体种类质量分数和烟灰变量（矩或截面数密度的矢量）。soot-Model对象包含有关所选模型的信息，并执行为截面或矩输运方程生成源项的计算。 通过设置烟尘变量的数量以及所需的成核、生长、氧化和凝结模型来构建烟尘模型。这些模型可以通过枚举变量或创建相应的模型对象来设置。生成的烟尘和气体种类源项通过sootModel对象有关使用SootLib库。SootLib根据用户选择的热力学状态细节和化学机理计算烟尘传输方程的源项;以及计算受煤烟化学影响的气态化学物质的质量源项。4. 示例SootLib提供了两个示例。simple_example. cc是作为一个基本的、独立的soot模型设置、源项计算和源项检索的示例提供的，以说明SootLib库的使用。这种格式功能有限，但可用于直接比较各种模型它主要用于说明如何设置库并与库进行交互。第二个例子是燃烧器稳定的预混火焰。4.1. 预混燃烧器示例通过演示，我们将SootLib与Cantera中的一维燃烧器稳定预混火焰代码耦合[29]。 我们考虑ISF层流预混火焰2 [30]，一种当量比为φ的乙烯-空气燃料混合物二、34流动在速度为6.73 cm/s，并将模拟结果与该配置中提供的三组实验数据进行比较[31，32]。模拟案例使用GRI 3.0气体化学机制[33]。用LIN成核机制[6]、LIN表面生长[8]、LL氧化[5]、自由分子凝聚[15]和单分散PSD模型（MONO）描述烟灰化学。图图2示出了碳烟体积分数的模拟结果作为燃烧器表面以上高度的函数以及实验值。模拟结果与实验数据吻合较好，虽然有显着的变化，在实验碳烟体积分数。碳烟模型使用的动力学数据拟合扩散火焰的实验，并假设自由分子凝聚。如果使用谐波平均或Fuchs凝结模型，则在高燃烧器高度处的烟灰体积分数高约一个数量级，这导致更多的颗粒和更多的表面积用于生长。SootLib 提 供 了 第 二 个 示 例burner_flame.cc ， 该 示 例 使 用Cantera中的静态温度、速度、密度、粘度和气体质量分数分布来上面讨论的模拟。这给出了一个相关的例子，同时允许独立于第三方模拟代码。的求解的烟炱方程为dMk/dz=Msteck/ρv，其中ρ和v为··········维多利亚湾 Stephens，Joshua Bedwell，Alex J. Josephson et al.软件X 22（2023）1013756图二. 预混燃烧器火焰模拟与实验数据比较。图三. 预 混燃烧器火焰截面模型的演变的PSD。气体密度和速度分布。两种模拟的差异是由于在静态模拟中忽略了扩散效应和气体-烟尘耦合。图3显示了burner_flame.cc示例输出，它使用具有40个烟粒大小的截面模型。尺寸分布在八个燃烧器高度处示出，从早期的幂律成核模式到后来的对数正态分布凝聚模式。各种模型的计算成本比较已经进行。这些结果见源文件（Doxygen）。5. 结论据作者所知，没有像SootLib这样的现有工具，它将各种烟尘模型组合到一个一致的，跨平台的开源框架上的一个包中，该框架不特定于任何一种CFD代码或模拟类型。除了LApack之外，它不需要任何外部依赖项，并且可以直接用于C++项目或包含在更大的CMake项目中通过其导出的包或CMake用户通过一小组对象和函数与SootLib库进行交互，这些对象和函数允许他们指定模型参数，设置气体环境的热力学状态和成分，并计算矩输运方程的源项。SootLib旨在成为一个方便的工具，为燃烧研究人员提供更多的选择和更多的控制模拟涉及炭黑火焰。对于那些不专门研究煤烟但需要煤烟建模以便由于SootLib能够执行精确的模拟，因此它降低了进入主题的门槛对于专门研究烟尘的计算机研究人员来说，SootLibSootLib已在Cantera [29]和一维湍流ODT代码[34]中实现。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作数据可用性所有数据都包含在代码中致谢这项研究得到了美国国家科学基金会的部分支持，资助号为CBET-1403403。引用[1]国家环境评估中心研究与发展办公室。在：颗粒物的综合科学评估。2009年[2]国家环境评估中心研究与发展办公室。在：空气质量标准的颗粒物。2004年[3]PopeSB.湍流。北京：清华大学出版社.[4] 弗伦克拉赫湾插值闭包矩量法化学与工程科学2002;57（12）：2229http：//dx.doi.org/10.1016/S0009-2509（02）00113-6.[5]Leung KM，Lindstedt RP，Jones WP.非预混火焰中碳烟形成的简化反应机理。《燃烧火焰》1991;87：289-305。http：//dx.doi.org/10.1016/0010-2180（91）90114-q.[6] Lindstedt RP，Ozarovsky H.无驾驶湍流扩散火焰的联合标量输运PDF模拟燃烧火焰2005;143（4）：471-90。http://dx.doi.org/10.1016/j.combustflame.2005.08.030网站。[7] 放大图片作者：J.发动机相关燃料高温燃烧的化学机理，重点是碳烟前体。燃烧火焰2009;156（3）：588-607.http://dx.doi.org//j.combustflame.2008.12.007.[8]林德施泰特角非预混火焰的简化碳烟成核和表面生长步骤。In：BockhornH，editor.燃烧中的烟灰形成。Springer series in chemical physics，vol. 59，Springer-Verlag BerlinHeidelberg; 1994，p. 417-41[9]张文辉，张文辉.碳烟形成的动力学模拟与详细的化学和物理：C2碳氢化合物的 层 流 预 混 火 焰 。 《 燃 烧 火 焰 》 2000;121 （ 1-2 ） ： 122-36 。http://dx.doi.org/10的网站。1016/S0010-2180（99）00135-2。[10]作者：Wang H.碳烟颗粒形成的详细机理和模型。In：Bockhorn H，editor.燃烧 中的 烟 尘形 成。 Springerseries in chemical physics ， vol. 59 ，Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 1994，p. 165比92[11]Lee BJ，Thring MW，Beér JM.关于烟炱在层流烟炱火焰中的燃烧速率。《燃烧 的 火 焰 》 1962;6 ： 137-45 。 http://dx.doi.org/10 的 网 站 。 1016/0010-2180（62）90082-2。[12]KG.火焰中的烟灰燃尽，麻省理工学院博士，1980年。[13]Neoh KG，Howard JB，Sarofim AF.火焰中的烟尘氧化。在：Siegla DC，Smith GW，编辑。颗粒碳：在燃烧过程中形成。美国：Springer;1981,p.261-82.http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4757-6137-5_.第九届全国人民代表大会[14]Nagle J ， Strickland-Constable RF. 碳 在 1000- 2000 ℃ 之 间 氧 化 。 In ：Mrozowski S，Studebaker ML，Walker PL，editors.第五届碳会议论文集。一号。Pennsylvania State University，PergamonPress; 1962，p. 154比64[15]Seinfeld JH，Pandis SN.大气化学和物理学。第三版JohnWiley& Sons;2016.维多利亚湾 Stephens，Joshua Bedwell，Alex J. Josephson et al.软件X 22（2023）1013757[16]富克斯河气溶胶的力学。第91卷。修订和扩大版。Pergamon Press; 1964，http://dx.doi.org/10.1002/qj.49709138822.[17]朱利安河聚集和分形聚集。世界科学出版社，1987年。[18] 王 海 火 焰 中 初 生 烟 灰 和 其 他 凝 聚 相 物 质 的 形 成 。 Proc Combust Inst2011;33（1）：41-67. http://dx.doi.org/10.1016/j.proci.2010.09.009。[19]皮奇·布兰诺·G碳烟生成的体积-表面-氢多变量联合模型。In：Bockhorn H，D'Anna A，Sarofim AF，Wang H，editors.燃烧产生细小的碳质颗粒。KITScientificPublishing; 2009，p. 437-63[20]Harris SJ，Kennedy IM.范德瓦尔斯力作用下煤烟颗粒的凝聚。燃烧科学技术1988;59（4-6）：443-54. http://dx.doi.org/10.1080/00102208808947110.[21] Kazakov A，Frenklach M.煤烟颗粒凝聚和聚集的动态模拟：用矩量法实现并应用于高压层流预混火焰。《燃烧火焰》1998;114（3-4）：484-501。http：//dx.doi.org/10.1016/S0010-2180（97）00322-2.[22]Lignell DO.碳烟生成和传输的直接数值模拟在 湍流非预混乙烯火焰中的应用博士，犹他大学;2008年。[23]麦格劳河用矩量求积法描述气溶胶动力学。气溶胶科学技术1997;27（2）：255-65. http://dx.doi.org/10的网站。1080/02786829708965471。[24]Marchisio DL，Fox RO.多分散颗粒和多相系统的计算模型。剑桥大学出版社;2013年，http://dx.doi。org/10.1017/CBO9781139016599。[25]Lehtinen KEJ ， Zachariah MR. 布 朗 凝 聚 粒 子 体 积 分 布 的 自 保 持 理 论 。 JColloidInterfaceSci2001;242（2）：314-8.http://dx.doi.org/10.1006/jcis.2001.7791网站。[26]Pratsinis SE.气溶胶反应器中的同时成核、凝结和凝聚。J Colloid InterfaceSci1988;124（2）：416-27.[27]惠勒JC。修 正矩和高 斯求积 。第四章 （2） http://dx.doi.org/10.1216/RMJ-1974-4-2-287网站。[28]作者声明：John M.基于矩量法的气溶胶动力学模拟。J Colloid Interface Sci1987;118（1）：252-61. http://dx.doi.org/10的网站。1016/0021-9797（87）90454-1。[29] Goodwin DG，Moffat HK，Schoegl I，Speth RL，Weber BW. Cantera：一个面向对象的化学动力学、热力学和传输过程的软件工具包。2022，https://www.cantera.org，版本2.6.0。http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.6387882网站。[30]内 森 ·G 国 际 烟 灰 火 焰 研 讨 会 。 2023 年 ， https ： //www.adelaide.edu.au/cet/isfworkshop/data-sets/laminar-flames网站。[31]徐F.大气压下乙烯/空气层流预混火焰中碳烟的形成。《燃烧火焰》1997;108（4）：471-93。http://dx.doi.org/10的网站。1016/S0010-2180（96）00200-3。[32]Menon AV，Lee S-Y，Linevsky MJ，Litzinger TA，Santoro RJ.向层流预混乙 烯 - 空 气 火 焰 中 添 加 Proc Combust Inst 2007;31 （ 1 ） ： 593-601.http://dx.doi.org/10.1016/j.proci.2006的网站。八点一刻[33]Smith GP ， Frenklach M ， Moriarty NW ， Eiteneer B ， Goldenberg M ，BowmanCT，etal.[GRI-Mech3.0].2002年，http://combustion.berkeley.edu/gri-mech/。[34]Stephens VB，Lignell DO.一维湍流（ODT）：湍流的计算高效建模和模拟。13. history http://dx.doi.org/10.1016/j.softx.2020.100641网站。
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