填充床反應器多尺度耦合分析

第1 章　緒論
1.1　填充床內多尺度耦合問題的研究意義 1
1.2　數(shù)學物理模擬研究方法的作用 2
1.3　多孔介質傳遞問題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向 3
　1.3.1　多孔介質中的流體流動 4
　1.3.2　多孔介質中的傳熱傳質 5
　1.3.3　多孔填充床中反應與傳遞過程的耦合 7
1.4　研究內容 9
第2 章　固定床中反應與傳質耦合模擬
2.1　引言 10
2.2　物理模型 10
2.3　化學反應源匯項的推導 11
　2.3.1　化學反應的宏觀動力學 11
　2.3.2　微元體反應動力學方程 13
2.4　描述填充床內傳輸過程的基本方程 15
　2.4.1　基本方程式 15
　2.4.2　流體流動方程 15
2.5　多孔介質氣固反應體系內傳遞過程的解析 16
　2.5.1　數(shù)學模型 16
　2.5.2　定解條件 18
　2.5.3　數(shù)學模型的離散求解 18
　2.5.4　各參數(shù)確定 24
　2.5.5　模型驗證與比較 24
2.6　結果分析和討論 25
　2.6.1　滲流速度的影響 26
　2.6.2　化學反應速率的影響 27
　2.6.3　反應器尺寸的影響 28
　2.6.4　顆粒半徑的影響 29
2.7　第三類出口邊界條件下的模型解析 30
　2.7.1　數(shù)學模型 30
　2.7.2　數(shù)值求解 30
　2.7.3　結果分析與討論 31
2.8　本章小結 34
第3 章　吸熱反應體系熱質耦合模擬
3.1　引言 35
3.2　問題描述(物理模型) 35
3.3　數(shù)學模型建立 36
　3.3.1　化學反應源匯項的數(shù)學描述 36
　3.3.2　煅燒程度 38
　3.3.3　一維冶金反應器內傳熱- 傳質- 化學反應數(shù)學模型Ⅰ 38
　3.3.4　一維冶金反應器內傳熱-傳質-化學反應數(shù)學模型Ⅱ 39
　3.3.5　模型定解條件 40
3.4　數(shù)學模型的求解 40
　3.4.1　控制方程的離散 40
　3.4.2　邊界條件的處理 43
　3.4.3　離散方程的矩陣形式 44
3.5　迭代求解方法和程序框圖 46
　3.5.1　迭代式求解方法 46
　3.5.2　程序流程圖 47
3.6　模型驗證和比較 48
3.7　計算結果與討論 48
　3.7.1　入口滲流速度的影響 49
　3.7.2　對流傳熱系數(shù)的影響 49
　3.7.3　顆粒半徑的影響 50
　3.7.4　非穩(wěn)態(tài)項的影響 52
　3.7.5　入口氣體溫度的影響 52
3.8　本章小結 53
第4 章　柱坐標下反應與傳熱傳質耦合問題的研究
4.1　引言 54
4.2　問題描述(物理模型) 54
4.3　數(shù)學模型建立 54
　4.3.1　流體流動的數(shù)學描述 54
　4.3.2　柱坐標下冶金反應器內傳輸過程的基本方程 55
　4.3.3　模型求解條件 55
4.4　數(shù)學模型求解 56
　4.4.1　區(qū)域離散和節(jié)點劃分 56
　4.4.2　控制方程的離散 56
　4.4.3　程序流程圖 59
4.5　模型驗證 60
4.6　計算結果討論 62
　4.6.1　各物理量場的分布情況 62
　4.6.2　主要控制參數(shù)對反應器特性的影響 64
4.7　本章小結 66
第5 章　吸熱反應體系內耦合擴散效應研究
5.1　引言 67
5.2　建立數(shù)學模型 67
　5.2.1　控制方程的建立 68
　5.2.2　化學反應速率ξ 的表達式 70
　5.2.3　固體轉化率的求解 70
5.3　計算參數(shù)的確定 71
　5.3.1　反應平衡常數(shù)K 的求解 71
　5.3.2　唯象系數(shù)l 的確定 71
　5.3.3　Soret 系數(shù)(D ′)和Dufour 系數(shù)(D ″) 72
5.4　模型求解 72
　5.4.1　數(shù)值離散 72
　5.4.2　程序框圖 78
5.5　實例計算和討論 79
　5.5.1　耦合擴散效應影響程度與滲流速度的關系 79
　5.5.2　耦合擴散效應影響程度與入口氣體初始溫度的關系 80
　5.5.3　耦合擴散效應影響程度與反應器尺寸的關系 81
　5.5.4　耦合擴散效應影響程度與孔隙率的關系 82
5.6　本章小結 83
第6 章　反應機制與耦合擴散效應
6.1　引言 84
6.2　物理模型 84
6.3　綜合反應速率 85
　6.3.1　傳熱控制機制 85
　6.3.2　傳質控制機制 85
6.4　控制方程 86
6.5　驗證分析 87
6.6　結果分析討論 87
6.7　本章小結 91
第7 章　多孔填充床反應特性的多尺度模擬
7.1　引言 92
7.2　模型建立 92
　7.2.1　物理模型 92
　7.2.2　數(shù)學模型 93
　7.2.3　跨尺度聯(lián)系 95
7.3　數(shù)值求解 95
7.4　多尺度模擬結果分析 95
7.5　本章小結 98
參考文獻