一种用于气-尘化学模拟的混合矩方程方法

[背景] 尘粒化学的随机性在模拟中需要特别处理。此前已使用基于修正速率方程、主方程、矩方程和蒙特卡罗模拟的方法。[目标] 我们试图发展一种系统且高效的方法，以尽可能精确地模拟具有大型反应网络的气-尘化学。[方法] 我们提出一种混合矩方程方法，这是一种通用且自动化的方法，其中使用生成函数来生成矩方程。对于大型反应网络，矩方程在二阶处截断，并当特定物种的平均布居数达到1时采用切换方案。对于小型网络，也可利用三阶矩以获得更高精度。[结果] 在表面反应重要的物理条件下，以严格的蒙特卡罗结果为基准，我们的方法相比速率方程方法有重大改进。在极低或极高温度，或大尘粒半径的情况下，速率方程的结果与我们新方法的结果相似。我们的方法比蒙特卡罗方法快，但比速率方程方法慢。[结论] 带有截断和切换方案的混合矩方程方法适用于大型气-尘网络，并且足够精确，可用于天体化学研究。尘幔的层状结构也可纳入此方法，尽管尘粒微观物理的完全实现似乎较为困难。