Comsol反应器热-固-流-化仿真模拟

关键词：

反应器；热-固-流-化耦合；Comsol仿真；化学反应；数值模拟

1.反应器

反应器是一种实现反应过程的设备，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。在反应过程中物料需加热或冷却时，在反应器壁处设置夹套，也可通过外循环进行换热。多数反应有明显的热效应。换热方式有间接换热和直接换热。间接换热指反应物料和载热体通过间壁进行换热，直接换热指反应物料和载热体直接接触进行换热。对放热反应，可以用反应产物携带的反应热来加热反应原料，使之达到所需的反应温度，这种反应器称为自热式反应器。

图1. 反应器三维实物

2.  模型简介

本模型拟搭建一个简化的平板式反应器，建立和求解反应器中反应流的流动、质量和能量传递方程的耦合。计算模型和材料参数设置如图2和3所示。

图2. 平板反应器三维模型

图3. 材料参数

3.物理场边界条件

图4展示了层流-传热-化学反应-物质传递等物理场边界条件。本模型主要利用传热场和流体场耦合的非等温流和物质传递与流体场耦合的反应流进行计算，详细的物理场及边界条件设置如图4所示，网格剖分及质量分布如图5所示。

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图5. 网格分布图

4.结果展示

计算得到平板式反应器温度场-流体场-浓度场分布如下所示。

图6. 温度场分布

图7. 流体分布

图8. 流线分布

图9. 浓度场分布

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