برآورد اینکه در احتراق محاسباتی چه میزانی از دقت برای منظور موردنظر ما کفایت میکند اهمیت فراوانی دارد. بدیهی است احتراق واقعی در محفظههای احتراق سهبعدی رخ میدهد و لذا شبیهسازی فرآیندهای احتراقی با دقت بالا، یک مدل سهبعدی شامل جریان مغشوش، سینتیک دقیق، روشهای انتقال حرارت و … ارجح میباشد. ولی موارد بسیاری وجود دارد که صرف هزینه برای دستیابی به چنین درجه بالایی از جزئیات ضرورت نداشته و یک تحلیل صفر یا یکبعدی نیز کافی میباشد. به عنوان مثال چنین شبیهسازیهایی در طراحی مفهومی یک تجهیز ترموفلویدی که در آن اجزای مختلفی برای ایجاد یک فرآیند باهم در ارتباط هستند، بسیار ارزشمند میباشند. کمکین و کنترا نرمافزارهای پرکاربرد حوزه احتراق برای انجام چنین محاسباتی هستند. این دو نرمافزار امکانات گستردهای در انجام محاسبات ترموشیمیایی برای جریانهای واکنشی آرام که در شبیهسازی چیدمانهای مختلف شعله و شبکه های راکتور کاربرد دارند، تخصص دارند. کنترا یک نرمافزار متنباز است ولی کمکین یک نرمافزار تجاری متعلق به انسیس است. در متن حاضر، امکانات نرمافزار کمکین در شبیهسازی شعلهها به صورت مختصر معرفی شده است.
رویکرد شبیهسازی در نرمافزار کمکین تا حد زیادی متفاوت از رویکرد شبیهسازی در نرمافزارهایی مانند فلوئنت میباشد. در نرمافزار کمکین هر پدیدهای غیر از شیمی جریان، سادهسازی شده است. به عنوان مثال، جریان واکنشدهندهها صفر یا یکبعدی در نظر گرفته شده و برهمکنش جریان و واکنش شیمیایی به شدت سادهسازی شده است تا کاربر بتواند رفتار مکانیزمهای سینتیک واکنشی را در حالتهای خاصی شبیهسازی و بررسی نماید. هر کدام از این حالتهای خاص که معمولا متناظر با یک تجهیز آزمایشگاهی میباشند، یک راکتور نامیده میشوند. مثلا راکتور شعله آرام پیشمخلوطِ burner-stabilized، یک شعله آرام یکبعدی را شبیهسازی میکند که نرخ ورود جریان پیشمخلوط سوخت و اکسنده به آن معین میباشد. در این شبیهسازی، پروفیل تغییر غلظت گونههای مختلف در طول شعله تعیین میشود. همچنین مدل محاسباتی سرعت شعله، یک شعله آزاد یکبعدی را شبیهسازی مینماید. از این مدل میتوان برای تعیین سرعت شعله مشخصهای یک مخلوط گازی معین در دما و فشار ورودی مشخص استفاده نمود. معادلات حاکم بر این مدلها با استفاده از فرضهای سادهکننده و روشهای تغییر متغیر مناسب به شکل دستگاههای معادلات دیفرانسیل معمولی ساده شدهاند و بنابراین زمان لازم برای حل آنها به مراتب کمتر از زمان لازم برای شبیهسازی دینامیک سیالاتی احتراق میباشد. علیرغم محدودیتهای ناشی از این فرضهای سادهکننده، آشنایی با این امکانات به کاربر کمک میکند مناسبترین ابزار محاسباتی را برای کاربرد موردنظر خود انتخاب نماید. شبیهسازی با کمکین شامل چهار مرحله کلی میباشد: پیشپردازش (تعریف مکانیزم واکنشی)، انتخاب راکتور موردنظر و تعیین پارامترهای آن، اجرای مساله و تحلیل نتایج. تبدیل سوخت و اکسنده به محصولات نهایی احتراق نیازمند طی شدن مراحل واکنشی متعددی است که منجر به تشکیل و مصرف دوباره تعداد زیادی گونه میانی میشوند. این توصیف گامبهگام واکنشی تبدیل واکنشدهندهها به محصولات، مکانیزم واکنشی یا مکانیزم سینتیکی نامیده میشود. جهت استفاده از نرمافزار کمکین، ابتدا باید مکانیزم سینتیکی در قالب یک فایل متنی با ساختار معین تعریف شود. در این فایل متنی، گونهها و واکنشهای شرکتکننده در جریان واکنشی موردنظر تعریف میشوند، خواص ترمودینامیکی و انتقالی گونهها و همچنین نرخ واکنشهای شیمایی تعیین میشود. رفتار ترمودینامیکی گونهها بر اساس مدل گاز کامل و با تعیین ضرایب چندجملهای مربوط به تعریف گرمای ویژه آنها و همچنین تعیین گرمای تشکیل و آنتروپی حالت مرجع هر گونه تعریف میشود. سادهترین مدل برای تعیین نرخ واکنش، مدل آرنیوس میباشد که با تعیین ضرایب تجربی مربوط به هر واکنش در این فایل متنی تعریف میشود. به منظور تعریف نرخ واکنش بر اساس مدلهای پیچیدهتر از مدل آرنیوس نیز میتوان از کلمههای کلیدی و قالبهای معین تعیین شده در راهنمای نرمافزار استفاده نمود. قالبهای تعریف نرخ واکنش در نرمافزار کمکین تنوع بسیار زیادی دارند و میتوان ادعا کرد که همه نرخ واکنشهای استفاده شده در مقالهها را میتوان در این قالبها گنجاند و به دلیل همین فراگیری، معمولا سینتیکهای شیمیایی به صورت “فرمت کمکین” ارائه میشوند. همچنین در راکتورهای مربوط به بررسی شعله، خواص انتقالی گونهها (مانند لزجت) نیز باید تعریف شوند. معمولا خواص ترمودینامیکی، خواص انتقالی و نرخ واکنشهای شیمیایی در فایلهای متنی جداگانهای تعریف میشوند. این فایلها توسط پیشپردازنده نرمافزار خوانده شده و ساختار آن مورد صحتسنجی قرار میگیرد. تعدادی از سینتیکهای پرکاربرد مانند GRI نیز به همراه خود نرمافزار در دسترس کاربر قرار میگیرند. پس از تعریف مکانیزم واکنشی، نوبت به انتخاب راکتور و تعیین پارامترهای آن میرسد. راکتورهای متنوعی در کمکین وجود دارند که برای کاربردهای مختلف مانند موتورهای احتراق داخلی، لولههای شوک و … تهیه شدهاند.
