CHEMKIN 4.0.1入门指南
——《燃烧学1》辅助教程
CHEMKIN 4.0.1入门指南 (1)
第一章安装和简介 (2)
1.1 安装 (2)
1.2 简介 (2)
第二章简单使用入门 ...................................................................... 错误！未定义书签。
2.1 用户界面............................................................................. 错误！未定义书签。
2.2 求解过程............................................................................. 错误！未定义书签。
2.2.1 Gas Phase Kinetics（气相动力学）的处理 (3)
2.2.2 Surface Kinetics（表面动力学）和Transport（传递过程）的处理 (3)
2.2.3 反应模型求解 (3)
2.2.4 后处理（Post-Process） (3)
第三章用户操作步骤 (4)
3.1 例1定压绝热燃烧 (4)
3.1.1 运行CHEMKIN (4)
3.1.2 选择反应模型 (4)
3.1.3 前处理 (4)
3.1.4 边界条件 (5)
3.1.5 运行计算 (6)
3.2 例2全混燃烧器中的绝热燃烧 (7)reactor软件
3.2.1 运行PSR (7)
3.2.2 前处理 (7)
3.2.3 对Cluster1中的设置 (7)
3.2.4 运行计算 (8)
第一章安装和简介
1.1 安装
Chemkin最早的版本始于1980，由美国Sandia实验室的Kee RJ等人编写，经过多年的不断发展日趋完善。后来由Reaction Design公司收购并继续开发，目前最新版为4.0.1。由于学习和科研需要，我们花费12000$向ReactionDesign公司订购了一套最新版本的CHEMKIN 4.0.1，其中包括可供20人同时在线计算的license，用于《燃烧学》课程的学习。
【安装】请登录ftp://combustion:******************.56.155下载相关文件，其中chemkin401_为CHEMKIN的安装程序，chemkin.lic为网络认证文件，详细的安装信息可以参看ftp上的“安装说明.txt”文件。安装完后会自动在桌面及开始菜单建立快捷方式。
【注意】1、本套教学用的CHEMKIN软件采用网络认证的方式，请确保电脑已经联网（校内），否则无法计算。
2、建议采用1024×768的分辨率，否则某些界面将无法完全显示。
1.2 简介
CHEMKIN是一种非常强大的求解复杂化学反应问题的软件包，常用于对燃烧过程、催化过程、化学气相沉积、等离子体及其他化学反应的模拟。CHEMKIN以气相动力学、表面动力学、传递过程这三个核心软件包为基础，提供了对21种常见化学反应模型及后处理程序。
三个核心程序模块为：
1) 气相动力学（Gas-Phase Kinetics）：是所有程序计算的基础，包括气相成分组成、气相化学反应与相关的Arrhenius数据等信息。
2) 表面动力学（Surface Kinetics）。很多反应过程包括多相反应，如催化反应、化学气相沉积、固体腐蚀等。在这些反应里，Surface Kinetics提供两相反应所需的各种信息，如表面结构、表面和体内的成分组成及热力学数据、表面化学反应等。
3) 传递（T ransport）。提供气相多组分粘度、热传导系数、扩散系数和热扩散系数等。
其中Surface Kinetics和Transport必须以Gas-Phase Kinetics为基础，因为它们中出现的成分都必须在Gas-Phase Kinetics中已定义。
Gas-Phase Kinetics、Surface Kinetics和Transport提供了化学反应的基本信息，生成动态链接库供后续程序调用。用户可以自己编写程序调用它们来实现指定的功能，CHEMKIN3.7
版本有多种针对不同模型的应用程序，包括AURORA、CRESLAF、EQUIL、
OPPDIF、PASR、PLUG、PREMIX、SHOCK、SPIN、SURFTHERM、OVEND、TWAFER 12个应用程序，分别用来模拟充分搅拌反应器（AURORA）、圆柱形或平面形通道内的层流化学反应（CRESLAF）、化学平衡相平衡（EQUIL）、对流扩散火焰（OPPDIF）、部分搅拌反应器（PASR）、柱塞流反应器（PLUG）、一维稳态层流预混火焰（PREMIX）、冲击波化学动力学（SHOCK）、化学气相沉积滞留反应器（SPIN）、气相和表面化学系统的热化学传质及动力学（SURFTHERM）、多晶片低压化学沉淀反应器（OVEND）、用来确定多晶片低压化学沉淀反应中的温度（TWAFER）。
对大多数 CHEMKIN 应用程序而言，在应用之前需事先准备好三个输入文件：气相输入文件（gas chemistry input file）、表面反应输入文件（surface chemistry input file）
和程序应用输入文件（application input file）。输入文件默认为采用文本文档的形式给出，其中气相输入文件（gas chemistry input file）中指定了反应中元素组成、组分组成、各组分热力学参数、包括基元反应式、Arrhenius 系数（pre-exponential factor、temperature exponent 和activation energy）的反应
机理；而程序应用输入文件（application input file）中则要根据实际情况来指定反应器的几何参数、问题类型、初始条件以及解文件控制参数等等。
CHEMKIN3.7 具有界面友好的特点，使用时只需在选定应用程序界面上指定工作目录、输入文件以及数据库文件后直接运行即可，计算结果可以在界面上直接点击应用程序输出文件以文本方式查看，也可以通过点击界面上后处理按钮以图形方式查看。
2.2.1 Gas Phase Kinetics（气相动力学）的处理
Gas Phase Kinetics的前处理器(Pre-processor)读取用户编写的气相动力学输入文件和自带的热力学数据库(therm.dat)，生成包含元素、组分、热力学数据反应信息的Gas-Phase Kinetics连接文件。Gas-Phase Kinetics提供子程序库处理该连接文件。
2.2.2 Surface Kinetics（表面动力学）和Transport（传递
过程）的处理
如果化学反应包含表面反应或传递过程，则需要相应地执行这两个核心程序块。
Surface Kinetics的前处理器读取用户编写的表面动力学输入文件，生成包含表面反应信息的Surface Kinetics连接文件，Surface Kinetics提供子程序库处理该连接文件。
Transport的前处理器根据Gas-phase Kinetics连接文件中的信息，自动从CHEMKIN自带的传递数据库(tran.dat)读取相应的数据，然后生成包含传递信息的Transport连接文件，Transport提供子程序库处理该连接文件。
2.2.3 反应模型求解
根据问题需要，CHEMKIN读取模型输入文件确定求解方法。在4.0及其以上版本的CHEMKIN中，新加入了通过相应的模型设置窗口中设置模型的参数的功能。用户设置完成后点击Create Input File即可生成模型输入文件，然后用户可以通过View Input File按钮查看输入文件的内容。而对于4.0以前的版本，用户需要通过手动编辑模型输入文件。但对于文件的内容，都是相同的，都是采用关键字的形式声明模型的功能调用和参数设置。有关常用的平衡计算模型和全混反应器模型的关键字列于附录2、3。
完成所有设置后，即可Run Model进行计算，CHEMKIN会自动调用上述Gas-Phase Kinetics、Surface Kinetics、Transport各自的子程序来读取反应信息，调用模型输入文件控制模型求解过程。程序计算结束后，会生成一数据文件xxxxxx.out供用户查阅数据，以及一动态连接文件XMLdata.zip供后处理（绘图）使用。
2.2.4 后处理（Post-Process）
CHEMKIN提供了统一的后处理器，用于对应用程序的结果进行分析和绘图。
第三章用户操作步骤
下面结合实际例子介绍用户操作的步骤。
3.1 例1定压绝热燃烧
【例1】计算化学当量的H2与空气的定压绝热燃烧温度。
3.1.1 运行CHEMKIN
1．运行CHEMKIN，点击菜单Project->New，输入项目名称，这里我们定为H2-air。
3.1.2 选择反应模型
2. 决定问题的性质，选择适当的反应模型。由于绝热燃烧温度的计算是一个相平衡过程，不涉及具体的反应过程，于是我们很容易地想到用Chemical and Phase Equilibrium Calculation模型。点击任务栏中的model选项卡，点击Chemical and Phase Equilibrium Calculation图标，此时在窗口栏的Diagram View窗口中将看到新加入一个相平衡计算的模型，最后点击窗口右下角黄的Update Project按钮，如下图所示。
通常情况下，一般的化学反应问题通过适当的假设和简化，都可以对应到某一种CHEMKIN包含的反应模型，有时一个问题还可以有多种选择。选择恰当的应用程序是求解问题的第一步。但是如果实在不幸没有一种模型可以很好的解决你的问题，或者你想要更完美地解决一些问题，就只有自己编写程序，调用CHEMKIN里的子程序库进行计算了。
3.1.3 前处理
3．此时左侧任务栏会自动切换至Open Projects选项卡，双击Pre-Processing，窗口栏出
现Pre-Processing的参数窗口。在窗口中的Working Dir一项中填入你希望的保存路径，或者通过右侧的Browse按钮点击选取。然后按New Chemistry Set按钮，点击Gas-Phase Kinetics Files项右端的编辑按钮，如下图所示。
对于本例，由于绝热燃烧温度不考虑具体的反应过程，所以不涉及具体的反应方程，故Reaction部分可
以省略（即使写了也用不上），此时CHEMKIN将根据反应物和生成物的焓（定压时）或内能（定容时）进行平衡计算。同时由于涉及的反应物和生成物的热力学数据都已在CHEMKIN的热力学数据库中有定义，故气相动力学输入文件只需要输入元素和组分两部分，如下所示：
ELEM H O N END
SPECIES O O2 H2 H OH HO2 H2O H2O2 N2 END
保存文件后关闭编辑器，此时Pre-Processing窗口中的Gas-Phase Kinetics Files一项仍为空白，通过点击该项的浏览按钮选取刚才编辑的输入文件。
然后需要在Thermodynamic Data File项中指定热力学数据库，点击该项的浏览按钮。在弹出的窗口中先点击右边的Special Directory中的System Data，然后点击左边出现的therm.dat，按select按钮完成热力学数据库的选择，如下页图所示。
回到Pre-Processing窗口后点击Save As…按钮，在弹出的窗口中直接点击Save按钮，以默认的文件名和路径保存。由于本例不涉及表面反应，所以不需要表面动力学输入和气体传递数据文件，故再次返回Pre-Processing窗口后即可点击Run Pre-Processor按钮运行预处理了。预处理的结果可以在下拉式按钮View Results…中查看。
3.1.4 边界条件
4. 双击任务栏中的Cluster1，会弹出子菜单，双击其中的每项都会弹出相应的设置窗口，其中：
①Cluster Properties：设置问题的计算方式，一般选择默认值Normal Start即可，即进行新的计算；此外还可以选择Initialization of Reactor from Previous Solution或Initialization of Reactor from Solution File，对应从上次计算的结果开始继续进行计算和从已存在的解文件开

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