填充床反應(yīng)器多尺度耦合分析

第1 章　緒論
1.1　填充床內(nèi)多尺度耦合問題的研究意義 1
1.2　數(shù)學(xué)物理模擬研究方法的作用 2
1.3　多孔介質(zhì)傳遞問題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向 3
　1.3.1　多孔介質(zhì)中的流體流動(dòng) 4
　1.3.2　多孔介質(zhì)中的傳熱傳質(zhì) 5
　1.3.3　多孔填充床中反應(yīng)與傳遞過程的耦合 7
1.4　研究內(nèi)容 9
第2 章　固定床中反應(yīng)與傳質(zhì)耦合模擬
2.1　引言 10
2.2　物理模型 10
2.3　化學(xué)反應(yīng)源匯項(xiàng)的推導(dǎo) 11
　2.3.1　化學(xué)反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué) 11
　2.3.2　微元體反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程 13
2.4　描述填充床內(nèi)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(dòng)方程 15
2.5　多孔介質(zhì)氣固反應(yīng)體系內(nèi)傳遞過程的解析 16
　2.5.1　數(shù)學(xué)模型 16
　2.5.2　定解條件 18
　2.5.3　數(shù)學(xué)模型的離散求解 18
　2.5.4　各參數(shù)確定 24
　2.5.5　模型驗(yàn)證與比較 24
2.6　結(jié)果分析和討論 25
　2.6.1　滲流速度的影響 26
　2.6.2　化學(xué)反應(yīng)速率的影響 27
　2.6.3　反應(yīng)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(xué)模型 30
　2.7.2　數(shù)值求解 30
　2.7.3　結(jié)果分析與討論 31
2.8　本章小結(jié) 34
第3 章　吸熱反應(yīng)體系熱質(zhì)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(xué)模型建立 36
　3.3.1　化學(xué)反應(yīng)源匯項(xiàng)的數(shù)學(xué)描述 36
　3.3.2　煅燒程度 38
　3.3.3　一維冶金反應(yīng)器內(nèi)傳熱- 傳質(zhì)- 化學(xué)反應(yīng)數(shù)學(xué)模型Ⅰ 38
　3.3.4　一維冶金反應(yīng)器內(nèi)傳熱-傳質(zhì)-化學(xué)反應(yīng)數(shù)學(xué)模型Ⅱ 39
　3.3.5　模型定解條件 40
3.4　數(shù)學(xué)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(yàn)證和比較 48
3.7　計(jì)算結(jié)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(xiàng)的影響 52
　3.7.5　入口氣體溫度的影響 52
3.8　本章小結(jié) 53
第4 章　柱坐標(biāo)下反應(yīng)與傳熱傳質(zhì)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(xué)模型建立 54
　4.3.1　流體流動(dòng)的數(shù)學(xué)描述 54
　4.3.2　柱坐標(biāo)下冶金反應(yīng)器內(nèi)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(xué)模型求解 56
　4.4.1　區(qū)域離散和節(jié)點(diǎn)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(yàn)證 60
4.6　計(jì)算結(jié)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(yīng)器特性的影響 64
4.7　本章小結(jié) 66
第5 章　吸熱反應(yīng)體系內(nèi)耦合擴(kuò)散效應(yīng)研究
5.1　引言 67
5.2　建立數(shù)學(xué)模型 67
　5.2.1　控制方程的建立 68
　5.2.2　化學(xué)反應(yīng)速率ξ 的表達(dá)式 70
　5.2.3　固體轉(zhuǎn)化率的求解 70
5.3　計(jì)算參數(shù)的確定 71
　5.3.1　反應(yīng)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(shí)例計(jì)算和討論 79
　5.5.1　耦合擴(kuò)散效應(yīng)影響程度與滲流速度的關(guān)系 79
　5.5.2　耦合擴(kuò)散效應(yīng)影響程度與入口氣體初始溫度的關(guān)系 80
　5.5.3　耦合擴(kuò)散效應(yīng)影響程度與反應(yīng)器尺寸的關(guān)系 81
　5.5.4　耦合擴(kuò)散效應(yīng)影響程度與孔隙率的關(guān)系 82
5.6　本章小結(jié) 83
第6 章　反應(yīng)機(jī)制與耦合擴(kuò)散效應(yīng)
6.1　引言 84
6.2　物理模型 84
6.3　綜合反應(yīng)速率 85
　6.3.1　傳熱控制機(jī)制 85
　6.3.2　傳質(zhì)控制機(jī)制 85
6.4　控制方程 86
6.5　驗(yàn)證分析 87
6.6　結(jié)果分析討論 87
6.7　本章小結(jié) 91
第7 章　多孔填充床反應(yīng)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(xué)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(jié)果分析 95
7.5　本章小結(jié) 98
參考文獻(xiàn)