GHG Option – Reaction Equilibrium and Rate Parameters
目的
这些关键词用于定义用于水相化学平衡反应和矿物溶解及沉淀反应的参数。
格式
*LOG-CHEM-EQUIL-CONST *LOG-CHEM-EQUIL-COEFS *REACTIVE-SURFACE-AREA | Keq a0 a1 a2 a3 a4 area0 |
*SPEC-REACT-SURFACE-AREA *MIN-REACT-SURFACE-AREA *SUPER-SATURATION-INDEX | area_s area_min ssi |
*LOG-TST-RATE-CONSTANT *REF-TEMP-RATE-CONST | k0_ref t_ref |
*ACTIVATION-ENERGY *LOG-TST-RATE-CONSTANT-ACTIV | e_act ki |
*TST-ACTIVITY-POWER *TST-PARAM1 *TST-PARAM2 | omega_i tst_1 tst_2 |
| *REACTION-ORDER | ‘comp_name1‘ α1 ‘comp_name2‘ α2 ‘comp_name3‘ α3 . . . . |
| *FREQUENCY-FACTOR | F |
条件
如果存在这些关键字，则必须出现在流体模型部分。关键字 *REACTION-CHEM, *REACTION-EQUIL-MNR, *REACTION-RATE-ARN, and *REACTION-RATE-TST 用于定义化学平衡、阿尔尼乌斯和矿物溶解和沉淀反应的配平系数。
定义
*LOG-CHEM-EQUIL-CONST Keq
log (Keq) ，水相化学平衡反应或速率依赖的矿物溶解和沉淀反应的化学平衡常数的对数（以10为底）。
*LOG-CHEM-EQUIL-COEFS a0 a1 a2 a3 a4
log (Keq) ，用温度T的四阶多项式来计算，即 log(Keq) a0+ a1T + a2T2 + a3T3 + a4T4，其中T以°C为单位。它必须后跟5个值αi, i = 0,1,…,4.。如果使用了此关键词，则不需要 *LOG-CHEM-EQUIL-CONST。
*REACTIVE-SURFACE-AREA area0
岩石体积的初始反应面积，单位为m² /m³。
*SPEC-REACT-SURFACE-AREA area_s
矿物体积的初始特定反应表面积，单位为m² /m³。area0=area_s*（矿物的体积分数）
*MIN-REACT-SURFACE-AREAarea_min
矿物体积的最小特定反应表面积，单位为m² /m³。如果一个矿物初始时不存在，且使用了 *SPEC-REACT-SURFACE-AREA，则必须输入一个正值的 area_min，以允许沉淀。
*SUPER-SATURATION-INDEX SS
可以用来延迟矿物的沉淀。沉淀或溶解由饱和指数（S）控制。S <1表示溶解，S>1表示沉淀。如果输入了SS 的值（SS >1），那么1≤S≤SS 时就不会有沉淀。【无量纲】
这允许矿物即使最初不存在时也会发生沉淀。
*LOG-TST-RATE-CONSTANT k0_ref
log k0 [ mol/(m2s) ]，标准TST速率常数。
*REF-TEMP-RATE-CONST t_ref
t* (°C)，速率常数的参考温度。可选，默认=25°C。
*ACTIVATION-ENERGY e_act
Ea 活化能，单位为J/mol。可选，默认=0。
*LOG-TST-RATE-CONSTANT-ACTIV ki
log ki [ mol/(m2s) ], (nc + 1 + nc_aqu) 值。可选，默认=0。
*TST-ACTIVITY-POWER omega_i
ωi, (nc + 1 + nc_aqu)值。可选，默认=0。
*TST-PARAM1 tst_1
ξ, power for Q/Keq。可选，默认=1。
*TST-PARAM2 tst_2
ζ, power for | 1 – (Q/Keq)ξ |。可选，默认=1。
*LOG-TST-RATE-CONSTANT
log k0 [ mol/(m2s) ], 标准TST速率常数。
*REACTION-ORDER
‘comp_name_i‘ αi
反应组分名称列表，后跟反应级数。对于矿物的反应级数的指定不是必需的（如果提供将出现错误）。如果输入了值，它们将用作Arrhenius反应表达式
中的a。如果未使用此关键字，默认反应次序将为零。
*FREQUENCY-FACTOR F
频率因子或指前因子用于Arrhenius反应速率。其单位取决于反应的总级数，例如： [ 1/(sec.molality a-1) ] ，其中a为反应的总级数。
解释：
水相化学平衡反应由下述方程控制：
Q = Keq
其中Q是由活度乘积给出的，
Keq是化学平衡常数。
用于计算 活度乘积的指数（ (vi)设置为配平系数。组分H2O的指数取零。
对于水相化学平衡反应，仅需要 *LOG-CHEM-EQUIL-CONST or *LOG-CHEM-EQUIL-COEFS。
GEM提供两种类型的方程用于模拟速率反应，即过渡态理论（TST）方程和阿尔尼乌斯方程。
TST方程通过*LOG-CHEM-EQUIL-CONST 或 *LOG-CHEM-EQUIL-COEFS关键词之一激活。这些关键词不适用于阿尔尼乌斯类型的方程。
对于阿伦尼乌斯类型的方程，使用*FREQUENCY-FACTOR and *ACTIVATION-ENERGY 关键词，但 *FREQUENCY-FACTOR的存在是强制性的。如果未输入，则默认*ACTIVATION-ENERGY为零。
*REACTION-RATE-TST 和 *REACTION-RATE-ARN用于区分TST和阿尔尼乌斯反应。对于TST反应，关键词*REACT-RATE仍然受支持，但已被弃用。
TST反应：
矿物溶解和沉淀反应速率是根据过渡态理论（TST）计算的。TST速率的方程为：
式中：
是当前时间的反应表面积，
是时间为零的反应表面积。Nm和Nm0分别是当前时刻的矿物摩尔数和时间为零的矿物摩尔数。
当前温度 T[ K ]下的速率常数
可以从速率常数计算得出，
对于一个反应有（反应物数量）个反应物，其中 Ea E是活化能 [ J/mol]， R 是气体常数 [ 8.314 J/mol K]。反应物的浓度 ci以摩尔浓度 [mol/kg H2O] 表示，反应物的反应阶数由 ai 给出。F 是频率因子或预指数因子，其单位取决于反应的全反应阶数，即 [ 1/(sec.molalitya-1) ]，其中 a 是反应的总级数。
Reaction =
，温度 T 表示为 [K]。