fluent物質輸送和有限速率化學反應

1、第十三章第十三章物質輸送和有限速率化學反應物質輸送和有限速率化學反應FLUENT可以通過求解描述每種組成物質的對流、擴散和反應源的守恒方程來模擬混合和輸運，可以模擬多種同時發(fā)生的化學反應，反應可以是發(fā)生在大量相（容積反應）中，和或是壁面、微粒的表面。包括反應或不包括反應的物質輸運模擬能力，以及當使用這一模型時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（對非預混系統，在14章介紹）、反應進程變量的方法（對預混系統，在15章

2、介紹），或部分預混方法（在16章介紹）來模擬你的反應系統。見12章FLUENT中反應模擬方法的概述。本章中的分為以下章節(jié)：?13.1容積反應?13.2壁面表面反應和化學蒸汽沉積?13.3微粒表面反應?13.4無反應物質輸運131容積反應容積反應與容積反應有關的物質輸運和有限速率化學反應方面的信息在以下小節(jié)中給出：?13.1.1理論?13.1.2模擬物質輸運和反應的用戶輸入概述?13.1.3使能物質輸運和反應，并選擇混合物材料?13.1.

3、4混合物和構成物質的屬性定義?13.1.5定義物質的邊界條件?13.1.6定義化學物質的其他源項?13.1.7化學混合和有限速率化學反應的求解過程?13.1.8物質計算的后處理?13.1.9從CHEMKIN導入一個化學反應機理13.1.1理論理論物質輸運方程物質輸運方程當你選擇解化學物質的守恒方程時，FLUENT通過第種物質的對流擴散方程預估每種物質的質量分i數，Yi。守恒方程采用以下的通用形式：（13.11）????iiiiiSRJY

4、vYt??????????????其中是化學反應的凈產生速率（在本節(jié)稍后解釋），為離散相及用戶定義的源項導致的額外產生iRiS速率。在系統中出現N種物質時，需要解N1個這種形式的方程。由于質量分數的和必須為1，第N種物質的分數通過1減去N1個已解得的質量分數得到。為了使數值誤差最小，第N種物質必須選擇質量分數最大的物質，比如氧化物是空氣時的N2。層流中的質量擴散層流中的質量擴散在方程13.11中，是物質的擴散通量，由濃度梯度產生。缺省時

5、，FLUENT使用稀釋近似，這iJi樣擴散通量可記為：（13.1.2）imiiYDJ????對緩慢、湍流脈動較小的燃燒，如超音速火焰可能是可以接受的?；瘜W物質的化學反應凈源項通過有其參加的NR個化學反應的Arrhenius反應源的和計算得到。i???rNiriiwiRMR1?其中是第種物質的分子量，為第種物質在第r個反應中的產生分解速率。反應可能發(fā)生iwMiriR?i在連續(xù)相反應的連續(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

6、物質的演化中?？紤]以如下形式寫出的第r個反應：（13.16）????????NiiriNikiriMMrb11??其中——系統中化學物質數目；N——反應r中反應物i的化學計量系數ri?——反應r中生成物i的化學計量系數ri?——第i種物質的符號；iM——反應r的正向速率常數；rfk——反應r的逆向速率常數；rbk方程13.16對于可逆和不可逆反應（FLUENT中缺省為不可逆）都適用。對于不可逆反應，逆向速率常數簡單地被忽略。rbk方程1

7、3.16中的和是針對系統中的所有物質，但只有作為反應物或生成物出現的物質才有非零的化學計量系數。因此，不涉及到的物質將從方程中清除。反應r中物質i的產生分解摩爾速度以如下公式給出：（13.17）??11?jrjrrrNNiririrfrjrbrjrjjRkCkC????????????????????????????其中：——反應r的化學物質數目；rN——反應r中每種反應物或生成物j的摩爾濃度；rjC——反應r中每種反應物或生成物j的正