OpenFOAM vs. Cantera我该信哪个？
做燃烧的OpenFOAMer都知道，化学反应机理至关重要，它不仅会影响反应流的温度，还会影响组分的分部等。最近在研究金属铝在空气中的燃烧，从Combustion and Flame上找到了一个8组分12步反应机理[1]：
铝、氧气反应机理
恰巧前段时间把求解器从OF2.4.x版本升级到了OFv1912版本，（此处省略一万字），就随手用2个版本的chemFOAM，并采用了两个不同的ODE求解器算了一下这个反应机理，结果差距还很大，特别是在初始温度比较低的时候。作为对比，还用了Cantera的0维求解器[2]计算了同样的反应机理。初始温度从1200K到3200K，结果如下
Fig. 1 chemFoam-24x-vs-1912-1200K
Fig. 2 chemFoam-24x-vs-1912-1600K
Fig. 3 chemFoam-24x-vs-1912-2400K
Fig. 4 chemFoam-24x-vs-1912-3200K
可以发现，当初始温度为1200K时（Fig.1），OFv1912点火失败，OF2.4.x点火成功，但是两个不同的ODE求解器得到的最终温度竟然不一样，Cantera计算结果和OF2.4.x+seulex求解器的结果最为接近。
当初始温度为1600K时（Fig.2），OFv1912点火成功，并且其最终温度与Cantera一致，但是点火过程的温度变化并不吻合。OF2.4.x的最终温度较高。
当初始温度为2400K和3200K时（Fig.3 & Fig.4），OFv1912的计算结果与Cantera完全一致，但是OF2.4.x的计算结果始终偏高。
与氢气、甲烷等常用的燃料不同，针对铝/氧气反应机理的研究还不太成熟，机理的缺陷可能造成了以上互相矛盾的结果，究竟哪个结果更准确也不得而知。因为Cantera在化学反应计算中的认可度还是较高，同时，铝与氧气的反应一般都在3000K左右，所以我选择相信新版本OFv1912的结果。并且，OFv1912的的计算速度较旧版本也有很大提高。关于ODE求解器，Rosenbrock34是比较常用的而且计算速度很快，但是这个求解器有时候会crash（可能还是反应机理的问题），可以考虑把ODE求解器换成seulex，它的鲁棒性更好，但是计算速度要比前者慢30%甚至更多。
所以，各位做小众燃料燃烧的CFDer，当遇到温度或者组分分布异常，或者点熄火现象预测不准确时，可以考虑从换一个ODE求解器，或者换一个OpenFOAM版本，说不定有意想不到的收获。
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Huang et. al. Effect of Particle Size on Combustion of Aluminum Particle Dust in Air. Combustion and Flame. 2009. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010218008002861) ↩
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Cantera, reactor1.py https://cantera.org/examples/python/reactors/reactor1.py.html ↩
