物質(zhì)輸送和有限速率化學(xué)反應(yīng)

1、第十三章第十三章物質(zhì)輸送和有限速率化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)輸送和有限速率化學(xué)反應(yīng)FLUENT可以通過(guò)求解描述每種組成物質(zhì)的對(duì)流、擴(kuò)散和反應(yīng)源的守恒方程來(lái)模擬混合和輸運(yùn)，可以模擬多種同時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)可以是發(fā)生在大量相（容積反應(yīng)）中，和或是壁面、微粒的表面。包括反應(yīng)或不包括反應(yīng)的物質(zhì)輸運(yùn)模擬能力，以及當(dāng)使用這一模型時(shí)的輸入將在本章中敘述。注意你可能還希望使用混合物成分的方法（對(duì)非預(yù)混系統(tǒng)，在14章介紹）、反應(yīng)進(jìn)程變量的方法（對(duì)預(yù)混系統(tǒng)，在15章

2、介紹），或部分預(yù)混方法（在16章介紹）來(lái)模擬你的反應(yīng)系統(tǒng)。見12章FLUENT中反應(yīng)模擬方法的概述。本章中的分為以下章節(jié)：?13.1容積反應(yīng)?13.2壁面表面反應(yīng)和化學(xué)蒸汽沉積?13.3微粒表面反應(yīng)?13.4無(wú)反應(yīng)物質(zhì)輸運(yùn)131容積反應(yīng)容積反應(yīng)與容積反應(yīng)有關(guān)的物質(zhì)輸運(yùn)和有限速率化學(xué)反應(yīng)方面的信息在以下小節(jié)中給出：?13.1.1理論?13.1.2模擬物質(zhì)輸運(yùn)和反應(yīng)的用戶輸入概述?13.1.3使能物質(zhì)輸運(yùn)和反應(yīng)，并選擇混合物材料?13.1.

3、4混合物和構(gòu)成物質(zhì)的屬性定義?13.1.5定義物質(zhì)的邊界條件?13.1.6定義化學(xué)物質(zhì)的其他源項(xiàng)?13.1.7化學(xué)混合和有限速率化學(xué)反應(yīng)的求解過(guò)程?13.1.8物質(zhì)計(jì)算的后處理?13.1.9從CHEMKIN導(dǎo)入一個(gè)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理13.1.1理論理論物質(zhì)輸運(yùn)方程物質(zhì)輸運(yùn)方程當(dāng)你選擇解化學(xué)物質(zhì)的守恒方程時(shí)，F(xiàn)LUENT通過(guò)第種物質(zhì)的對(duì)流擴(kuò)散方程預(yù)估每種物質(zhì)的質(zhì)量分i數(shù)，Yi。守恒方程采用以下的通用形式：（13.11）????iiiiiSRJY

4、vYt??????????????其中是化學(xué)反應(yīng)的凈產(chǎn)生速率（在本節(jié)稍后解釋），為離散相及用戶定義的源項(xiàng)導(dǎo)致的額外產(chǎn)生iRiS速率。在系統(tǒng)中出現(xiàn)N種物質(zhì)時(shí)，需要解N1個(gè)這種形式的方程。由于質(zhì)量分?jǐn)?shù)的和必須為1，第N種物質(zhì)的分?jǐn)?shù)通過(guò)1減去N1個(gè)已解得的質(zhì)量分?jǐn)?shù)得到。為了使數(shù)值誤差最小，第N種物質(zhì)必須選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大的物質(zhì)，比如氧化物是空氣時(shí)的N2。層流中的質(zhì)量擴(kuò)散層流中的質(zhì)量擴(kuò)散在方程13.11中，是物質(zhì)的擴(kuò)散通量，由濃度梯度產(chǎn)生。缺省時(shí)

5、，F(xiàn)LUENT使用稀釋近似，這iJi樣擴(kuò)散通量可記為：（13.1.2）imiiYDJ????其中是第種物質(zhì)的分子量，為第種物質(zhì)在第r個(gè)反應(yīng)中的產(chǎn)生分解速率。反應(yīng)可能發(fā)生iwMiriR?i在連續(xù)相反應(yīng)的連續(xù)相之間，或是在表面沉積的壁面處，或是發(fā)生在一種連續(xù)相物質(zhì)的演化中。考慮以如下形式寫出的第r個(gè)反應(yīng)：（13.16）????????NiiriNikiriMMrb11??其中——系統(tǒng)中化學(xué)物質(zhì)數(shù)目；N——反應(yīng)r中反應(yīng)物i的化學(xué)計(jì)量系數(shù)ri?

6、——反應(yīng)r中生成物i的化學(xué)計(jì)量系數(shù)ri?——第i種物質(zhì)的符號(hào)；iM——反應(yīng)r的正向速率常數(shù)；rfk——反應(yīng)r的逆向速率常數(shù)；rbk方程13.16對(duì)于可逆和不可逆反應(yīng)（FLUENT中缺省為不可逆）都適用。對(duì)于不可逆反應(yīng)，逆向速率常數(shù)簡(jiǎn)單地被忽略。rbk方程13.16中的和是針對(duì)系統(tǒng)中的所有物質(zhì)，但只有作為反應(yīng)物或生成物出現(xiàn)的物質(zhì)才有非零的化學(xué)計(jì)量系數(shù)。因此，不涉及到的物質(zhì)將從方程中清除。反應(yīng)r中物質(zhì)i的產(chǎn)生分解摩爾速度以如下公式給出：（1

7、3.17）??????????????????????11?rjNjrjrbrjNjrjrfriririrrCkCkR????其中：——反應(yīng)r的化學(xué)物質(zhì)數(shù)目；rN——反應(yīng)r中每種反應(yīng)物或生成物j的摩爾濃度；rjC——反應(yīng)r中每種反應(yīng)物或生成物j的正向反應(yīng)速度指數(shù)；rj?——反應(yīng)r中每種反應(yīng)物或生成物j的逆向反應(yīng)速度指數(shù)；rj?見13.1.4節(jié)有關(guān)輸入整體正向反應(yīng)（不可逆）和單元反應(yīng)（可逆）的化學(xué)計(jì)量系數(shù)和速率指數(shù)方面的內(nèi)容。表示第三體對(duì)