面向气相碳性纳米颗粒制备的面向对象化过程设计软件包——Omnisoot
计算物理
2025-07-16 v1
摘要
开发了一款计算工具Omnisoot，利用Cantera的化学动力学能力建模从气相烃类反应中形成碳性纳米颗粒（如炭黑和炭黑）的过程。Omnisoot集成了常容积、常压、完美搅拌和 plug flow 反应器模型，以及来自文献的四种核化模型，以及两种粒子均衡模型：单分散模型和截面模型。该软件包作为集成的过程设计工具，用于在不同工艺条件下预测炭黑的质量、形貌和组成。该建模方法考虑到炭黑的核化、表面生长和氧化， coupled with detailed gas-phase chemistry，以闭合气-粒系统的质量和能量平衡；随后，炭黑和气相化学被链接到考虑炭黑团聚体演化形貌的粒子动力学模型。该工具用于突出实现的核化模型在预测炭黑质量、形貌和大小分布方面的相似性和差异性，针对三个用例：冲击管中的甲烷热解、流化器中的乙烯热解、完美搅拌反应器中的乙烯燃烧。对于 residence time 约为1.5 ms的冲击管中5% CH4 热解模拟表明，多个核化和表面生长速率的组合最小化了碳收率预测误差，但导致形貌显著不同，强调需要测量炭黑形貌数据来约束核化和表面生长速率。对于在不同流速下的 pyrolysis 流化器中的仿真结果表明，只有不可逆模型才能预测粒子大小分布的双峰现象。
引用
@article{arxiv.2507.10879,
title = {Omnisoot: an object-oriented process design package for gas-phase synthesis of carbonaceous nanoparticles},
author = {Mohammad Adib and Sina Kazemi and M. Reza Kholghy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.10879},
year = {2025}
}