在此处下载相关的示例文件。在之前的教程中，我们介绍了如何使用 PyroSim 在火灾动力学模拟器（FDS）中定义复杂反应。在以下情况下必须使用复杂化学计量：
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- 燃料不仅由 C、H、O、N 组成。
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- 需要追踪烟尘沉积或通过 HVAC 过滤器从大气中去除烟尘。
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- 存在多个连续的气相反应。
在之前的内容中，我们描述了几个复杂化学计量的例子，但所有情况都只是简单地遵循 FDS 用户指南中已提供完整化学计量方程的示例。本文演示如何使用电子表格来计算化学计量系数，然后使用这些计算出的系数来定义 FDS 反应。
必要信息
我们需要物种的分子量信息，FDS 用户指南在表 14.1 中提供了这些信息。我们还需要燃料和产物的组成信息，SFPE 手册（Fire Protection Engineering 手册，第 5 版）是一个重要的数据来源。
化学计量系数的计算方法
化学计量反应方程是实际燃烧过程的简化，实际燃烧过程可能包含许多（或者数百个）中间反应，这些反应又取决于燃烧环境的细节。CO 和烟尘的产率以燃料质量分数给出。
特定物种的质量可以用产率或化学计量系数表示，由此建立关系式。因此，我们可以直接计算出 CO 和烟尘对应的化学计量系数。
将已知的化学计量系数代入通用反应方程，将未知项置于左侧，已知项置于右侧。然后分别写出平衡 C、H、O、N 的方程。将方程排列成矩阵形式，求解未知的化学计量系数。
这不是解决此问题的仅有方法，但它是可以始终应用于其他情况的简单方法。本文提供的下载链接中包含实现这些计算的电子表格。
电子表格使用方法
描述反应的用户输入包括燃料组成（C、H、O、N 及其他原子的数量）。反应计算中只使用空气中的氧气，但用户可以指定空气的完整组成，空气物种随后将包含在产物计算中。
输出以可用于在 FDS 中指定复杂反应的形式提供。还提供了将烟尘作为单独产物物种重新格式化后的输出，这在用户计算烟尘沉积或过滤时很有用。虽然与反应平衡无关，但燃烧热也使用每单位质量氧气消耗释放的能量来计算。用户可以指定所需的热释放速率，相应的燃料质量流量将被计算出来。
示例一：PVC 燃烧
此示例演示 PVC 的燃烧，在 FDS 用户指南第 15.2.2 节”复杂燃料分子”中描述。氯常见于建筑和家用材料中，因其倾向于形成酸性气体 HCl，对人员和财产构成威胁。
FDS 用户指南描述中说明烟尘和 CO 的产率分别为 0.172 和 0.063，但为了精准复制反应，我们使用更多有效数字。我们从给定的产物化学计量系数计算产率。
验证电子表格计算
FDS 在 .out 文件中提供物种组成和反应计算的详细信息。首先看到质量分数转换矩阵，然后是原始物种信息，接着是追踪（聚合）物种信息。追踪物种的摩尔分数可直接与电子表格输出值比较。继续向下滚动可找到气相反应信息，摩尔系数与电子表格输出中的 C1、C2、C3 值对应。
示例二：含 HCN 的反应
此示例使用产生氰化氢（HCN）的聚异氰脲酸酯燃料。对应的 FDS 输入文件 FED_CO_HCN.fds 包含在本教程的下载中。
示例三：烟尘沉积与过滤
电子表格也可用于烟尘沉积或 HVAC 过滤问题，如复杂化学计量文章所述。示例来自 FDS 用户指南第 15.4.1 节”示例案例：丙烷火焰烟尘沉积”。输出被重新格式化，使烟尘成为单独的产物物种。示例 PyroSim 模型展示了如何定义空气和产物的归一化聚合物种。使用默认的 SOOT 物种，对应的反应系数为常量。
总结
本教程详细介绍了如何使用电子表格方法计算 FDS 复杂反应的化学计量系数。通过三个实际示例（PVC 燃烧、HCN 生成反应和烟尘沉积），验证了电子表格计算结果与 FDS 内部反应计算的一致性。建议用户在进行模拟时始终检查反应信息，以确保输入参数的正确性。
