Модель химической реакции - Chemical reaction model

Модели химических реакций преобразовать физические знания в математическую формулировку, которая может быть использована в вычислительных симуляция практических проблем в химическая инженерия. Компьютерное моделирование обеспечивает гибкость для изучения химических процессов в широком диапазоне условий. Моделирование химическая реакция включает решение уравнений сохранения, описывающих конвекция, распространение, и источник реакции для каждого компонента.

Уравнение переноса видов

<математика> frac { partial ( rho Y _i)} { partial t} + nabla cdot ( rho vec v Y _i) = - nabla cdot vec J _i + R _i

р_я чистая скорость производства видов я химической реакцией и S_я - скорость создания путем добавления из дисперсной фазы и определенного пользователем источника. J_я диффузионный поток видов я, возникающая из-за градиентов концентрации и различающаяся как для ламинарных, так и для турбулентных течений. В турбулентных потоках вычислительная гидродинамика также учитывает эффекты бурный диффузность. Чистый источник химических веществ я из-за реакции, р_я который появился как исходный член в уравнении переноса частиц, вычисляется как сумма источников реакции по N_р реакции между видами.

Модели реакции

Эти скорости реакции р можно рассчитать по следующим моделям:

Ламинарный модель конечной скорости
Эдди модель рассеивания
Концепция рассеивания вихрей

Ламинарная модель конечной скорости

В ламинарной модели конечной скорости химические источники рассчитываются с использованием Аррениус выражений и игнорирует флуктуации турбулентности. Эта модель обеспечивает точное решение для ламинарного пламени, но дает неточное решение для турбулентного пламени, в котором турбулентность сильно влияет на скорость химических реакций из-за сильно нелинейной химической кинетики Аррениуса. Однако эта модель может быть точной для горения с небольшими колебаниями турбулентности, например сверхзвуковой пламя.

Модель вихревой диссипации

Модель вихревой диссипации, основанная на работе Магнуссена и Хьертагера, представляет собой модель реакции турбулентной химии. Большинство видов топлива быстро сгорают, и общая скорость реакции контролируется турбулентным перемешиванием. В пламени без предварительного смешивания турбулентность медленно смешивает топливо и окислитель в реакционных зонах, где они быстро сгорают. В предварительно смешанном пламени турбулентность медленно смешивает холодные реагенты и горячие продукты в реакционных зонах, где реакция происходит быстро. В таких случаях говорят, что горение ограничено перемешиванием, и сложной и часто неизвестной химической кинетикой можно спокойно пренебречь. В этой модели химическая реакция определяется большим временным масштабом вихревого перемешивания. Горение начинается всякий раз, когда в потоке присутствует турбулентность. Для начала горения не требуется источник воспламенения. Этот тип модели действителен для горения без предварительной смеси, но для пламени с предварительной смесью предполагается, что реагент сгорает в тот момент, когда он попадает в вычислительная модель, что является недостатком этой модели, так как на практике реагенту требуется некоторое время, чтобы достичь температуры воспламенения, чтобы начать горение.

Концепция рассеивания вихрей

Модель вихревой диссипации (EDC) является расширением модели вихревой диссипации и включает подробный химический механизм турбулентных потоков. Модель EDC пытается учесть значение тонких структур в турбулентном реагирующем потоке, в котором важно горение. EDC доказала свою эффективность без необходимости изменения констант для большого количества задач сгорания с предварительным смешиванием и контролируемой диффузией, как в тех случаях, когда химическая кинетика быстрее, чем общее смешение тонкой структуры, так и в случаях, когда химическая кинетика имеет доминирующее влияние. .