fluent物質(zhì)輸送和有限速率化學反應

1、第十三章第十三章物質(zhì)輸送和有限速率化學反應物質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(tǒng)，在14章介紹）、反應進程變量的方法（對預混系統(tǒng)，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(tǒng)。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(zhì)輸運131容積反應容積反應與容積反應有關的物質(zhì)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(zhì)輸運和反應的用戶輸入概述?13.1.3使能物質(zhì)輸運和反應，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定義化學物質(zhì)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(zhì)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(zhì)輸運方程物質(zhì)輸運方程當你選擇解化學物質(zhì)的守恒方程時，F(xiàn)LUENT通過第種物質(zhì)的對流擴散方程預估每種物質(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??????????????其中是化學反應的凈產(chǎn)生速率（在本節(jié)稍后解釋），為離散相及用戶定義的源項導致的額外產(chǎn)生iRiS速率。在系統(tǒng)中出現(xiàn)N種物質(zhì)時，需要解N1個這種形式的方程。由于質(zhì)量分數(shù)的和必須為1，第N種物質(zhì)的分數(shù)通過1減去N1個已解得的質(zhì)量分數(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)量分數(shù)最大的物質(zhì)，比如氧化物是空氣時的N2。層流中的質(zhì)量擴散層流中的質(zhì)量擴散在方程13.11中，是物質(zhì)的擴散通量，由濃度梯度產(chǎn)生。缺省時

5、，F(xiàn)LUENT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(zhì)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(zhì)的分子量，為第種物質(zhì)在第r個反應中的產(chǎn)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(zhì)的演化中。考慮以如下形式寫出的第r個反應：（13.16）????????NiiriNikiriMMrb11??其中——系統(tǒng)中化學物質(zhì)數(shù)目；N——反應r中反應物i的化學計量系數(shù)ri?——反應r中生成物i的化學計量系數(shù)ri?——第i種物質(zhì)的符號；iM——反應r的正向速率常數(shù)；rfk——反應r的逆向速率常數(shù)；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(shù)簡單地被忽略。rbk方程1

7、3.16中的和是針對系統(tǒng)中的所有物質(zhì)，但只有作為反應物或生成物出現(xiàn)的物質(zhì)才有非零的化學計量系數(shù)。因此，不涉及到的物質(zhì)將從方程中清除。反應r中物質(zhì)i的產(chǎn)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(zhì)數(shù)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