Global kinetic reaction mechanism of iso-dodecane

A compact global kinetic mechanism for iso-dodecane combustion is developed to enable computationally affordable CFD simulations while retaining the ability to track key intermediate species. Detailed mechanisms are often prohibitively expensive for multidimensional simulations, whereas overly simplified models may fail to reproduce essential combustion characteristics. The present formulation seeks to balance predictive capability and computational efficiency over a broad range of temperatures, pressures, and equivalence ratios representative of high-temperature combustion environments. Low-temperature chemistry is intentionally excluded, as the mechanism targets regimes dominated by unimolecular fuel decomposition and high temperature chain branching reactions. The construction follows a bottom-up strategy, beginning with a core H/C1/O sub-mechanism that provides the base radical chemistry. A simplified description of fuel breakdown is then introduced to represent the dominant fragmentation pathways, while less influential channels are replaced with lumped global reactions. Because numerous elementary reactions are removed during reduction, the kinetic parameters of the lumped reactions are re-fitted to reproduce the species evolution predicted by the detailed reference mechanism. Optimization is performed in two stages: an initial manual adjustment followed by automated refinement using OptiSMOKE++. The final mechanism consists of 24 species and 143 reactions and is evaluated against available experimental data ignition delay times to assess its predictive performance under high-temperature conditions.

In questo lavoro è stato sviluppato un meccanismo cinetico globale compatto per la combustione dell’iso-dodecano, con l’obiettivo di eseguire simulazioni CFD a basso costo computazionale mantenendo al contempo la capacità di descrivere le principali specie intermedie. I meccanismi dettagliati risultano spesso troppo onerosi per simulazioni multidimensionali, mentre modelli eccessivamente semplificati possono non riprodurre adeguatamente le caratteristiche fondamentali della combustione. Il meccanismo proposto mira quindi a bilanciare capacità predittiva ed efficienza computazionale su un ampio intervallo di temperature, pressioni e rapporti di equivalenza rappresentativi di condizioni di combustione ad alta temperatura. La chimica a bassa temperatura è stata volutamente esclusa, poiché il meccanismo è destinato a regimi dominati dalla decomposizione unimolecolare del combustibile e dalle reazioni di rbranching tipiche dell’alta temperatura. La costruzione segue una strategia bottom-up: si parte da un sotto-meccanismo di base H/C1/O, che fornisce la chimica dei radicali fondamentali, al quale viene successivamente integrata una descrizione semplificata della degradazione del combustibile. Le principali vie di decomposizione del fuel vengono mantenuti esplicitamente, mentre i canali meno influenti sono stati sostituiti da reazioni globali lumped. Poiché il processo di riduzione comporta l’sclusione di numerose reazioni elementari, i parametri cinetici delle reazioni lumped sono stati ricalibrati per riprodurre l’evoluzione delle specie prevista dal meccanismo dettagliato di riferimento. L’ottimizzazione è stata condotta in due fasi: una prima regolazione manuale, seguita da un affinamento automatizzato mediante il software OptiSMOKE++. Il meccanismo finale comprende 24 specie e 143 reazioni ed è stato validato mediante confronto con dati sperimentali relativi all' ignition delay times al fine di valutarne la capacità predittiva in condizioni di alta temperatura e di alta pressione.