Physical interpretation on development and validation of the reaction routes of complex chemical kinetic model
- 1. Khwaja Fareed University of Engineering and Information Technology
- 2. University of Lusaka
Description
Simulating the complexity in its entirety proves highly challenging, to examine both the local and global stability of the model, as well as its positivity, recognizing the overall instability. To address this challenge, a strategy of splitting down the multi-route complex reactions into its independent sub-routes is employed. For the validation of sub-routes, the stability and positivity of each individual route were comprehensively analyzed. In addition, we employ techniques to simplify our models by considering factors such as reaction speed and thermodynamic properties, ensuring their accuracy. Furthermore, we integrate the Spectral Quasi-Equilibrium Manifold to obtain a deeper understanding of the sequential advancement of reactions, focusing on the slowest eigenvector. A comprehensive examination of the mathematical underpinnings of these reaction steps and diverse pathways is conducted. We also investigate the temporal behavior of these pathways, yielding fresh perspectives. Our findings suggest the feasibility of independently evaluating each pathway rather than treating the entire mechanism as a singular entity. To enhance our analysis, we conduct a local sensitivity assessment using the SimBiology toolbox in MATLAB of each route and compare calculation periods for TRM (Total Relative Motion). Furthermore, we employ the short-time Fourier transform graph to capture time–frequency information regarding the steady state of compounds in various routes, revealing spectral variations over time.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تثبت محاكاة التعقيد في مجمله تحديًا كبيرًا، لفحص كل من الاستقرار المحلي والعالمي للنموذج، بالإضافة إلى إيجابيته، مع الاعتراف بعدم الاستقرار العام. ولمواجهة هذا التحدي، يتم استخدام استراتيجية لتقسيم ردود الفعل المعقدة متعددة المسارات إلى مسارات فرعية مستقلة. للتحقق من صحة المسارات الفرعية، تم تحليل استقرار وإيجابية كل مسار على حدة بشكل شامل. بالإضافة إلى ذلك، نستخدم تقنيات لتبسيط نماذجنا من خلال النظر في عوامل مثل سرعة التفاعل والخصائص الديناميكية الحرارية، وضمان دقتها. علاوة على ذلك، ندمج المشعب الطيفي شبه المتوازن للحصول على فهم أعمق للتقدم المتسلسل للتفاعلات، مع التركيز على أبطأ متجه ذاتي. يتم إجراء فحص شامل للأسس الرياضية لخطوات التفاعل هذه والمسارات المتنوعة. كما نقوم بالتحقيق في السلوك الزمني لهذه المسارات، مما يؤدي إلى وجهات نظر جديدة. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى جدوى تقييم كل مسار بشكل مستقل بدلاً من التعامل مع الآلية بأكملها ككيان واحد. لتعزيز تحليلنا، نجري تقييمًا للحساسية المحلية باستخدام مجموعة أدوات SimBiology في MATLAB لكل مسار ومقارنة فترات الحساب لـ TRM (إجمالي الحركة النسبية). علاوة على ذلك، فإننا نستخدم الرسم البياني لتحويل فورييه قصير الوقت لالتقاط معلومات التردد الزمني فيما يتعلق بالحالة الثابتة للمركبات في مسارات مختلفة، مما يكشف عن الاختلافات الطيفية بمرور الوقت.Translated Description (French)
Simuler la complexité dans son ensemble s'avère très difficile, pour examiner à la fois la stabilité locale et globale du modèle, ainsi que sa positivité, en reconnaissant l'instabilité globale. Pour relever ce défi, une stratégie de division des réactions complexes multi-routes en ses sous-routes indépendantes est utilisée. Pour la validation des sous-routes, la stabilité et la positivité de chaque route individuelle ont été analysées de manière exhaustive. De plus, nous utilisons des techniques pour simplifier nos modèles en tenant compte de facteurs tels que la vitesse de réaction et les propriétés thermodynamiques, assurant leur précision. De plus, nous intégrons le collecteur de quasi-équilibre spectral pour obtenir une compréhension plus approfondie de l'avancement séquentiel des réactions, en nous concentrant sur le vecteur propre le plus lent. Un examen complet des fondements mathématiques de ces étapes de réaction et de diverses voies est mené. Nous étudions également le comportement temporel de ces voies, donnant de nouvelles perspectives. Nos résultats suggèrent la faisabilité d'évaluer indépendamment chaque voie plutôt que de traiter l'ensemble du mécanisme comme une entité unique. Pour améliorer notre analyse, nous effectuons une évaluation de la sensibilité locale à l'aide de la boîte à outils SimBiology dans Matlab de chaque itinéraire et comparons les périodes de calcul pour TRM (Total Relative Motion). En outre, nous utilisons le graphe de transformée de Fourier de courte durée pour capturer des informations temps-fréquence concernant l'état d'équilibre des composés dans diverses routes, révélant les variations spectrales au fil du temps.Translated Description (Spanish)
Simular la complejidad en su totalidad resulta altamente desafiante, para examinar tanto la estabilidad local como global del modelo, así como su positividad, reconociendo la inestabilidad general. Para abordar este desafío, se emplea una estrategia de dividir las reacciones complejas de múltiples rutas en sus subrutas independientes. Para la validación de las subrutas, se analizó exhaustivamente la estabilidad y positividad de cada ruta individual. Además, empleamos técnicas para simplificar nuestros modelos considerando factores como la velocidad de reacción y las propiedades termodinámicas, asegurando su precisión. Además, integramos el Colector de Cuasiequilibrio Espectral para obtener una comprensión más profunda del avance secuencial de las reacciones, centrándonos en el vector propio más lento. Se realiza un examen exhaustivo de los fundamentos matemáticos de estos pasos de reacción y diversas vías. También investigamos el comportamiento temporal de estas vías, dando nuevas perspectivas. Nuestros hallazgos sugieren la viabilidad de evaluar de forma independiente cada vía en lugar de tratar todo el mecanismo como una entidad singular. Para mejorar nuestro análisis, realizamos una evaluación de sensibilidad local utilizando la caja de herramientas SimBiology en MATLAB de cada ruta y comparamos los períodos de cálculo para TRM (Movimiento Relativo Total). Además, empleamos el gráfico de transformada de Fourier a corto plazo para capturar información de tiempo-frecuencia con respecto al estado estacionario de los compuestos en varias rutas, revelando variaciones espectrales a lo largo del tiempo.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التفسير الفيزيائي لتطوير مسارات التفاعل للنموذج الحركي الكيميائي المعقد والتحقق من صحتها
- Translated title (French)
- Interprétation physique sur le développement et la validation des voies réactionnelles du modèle cinétique chimique complexe
- Translated title (Spanish)
- Interpretación física sobre el desarrollo y validación de las vías de reacción del modelo cinético químico complejo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4394807366
- DOI
- 10.1063/5.0203875
References
- https://openalex.org/W2924200608
- https://openalex.org/W2925496107
- https://openalex.org/W2969677236
- https://openalex.org/W2987747621
- https://openalex.org/W3007538004
- https://openalex.org/W3022950415
- https://openalex.org/W3030442052
- https://openalex.org/W3093441489
- https://openalex.org/W3121664117
- https://openalex.org/W3159313180
- https://openalex.org/W4311093075
- https://openalex.org/W4385289086
- https://openalex.org/W4390704792