Fluent相間作用|多相反應(yīng)
譯自幫助文檔Ansys_Fluent_Users_Guide2021R2_22.2.9
您可以在多相模型對(duì)話框的“反應(yīng)”選項(xiàng)卡中定義多個(gè)多相反應(yīng)和化學(xué)計(jì)量(例如，圖22.12:多相反應(yīng)的“反應(yīng)”選項(xiàng)卡(p. 2616))。
Setup → Models → MultiphaseEdit...
在Multiphase Model對(duì)話框中, Phase Interaction > Heat, Mass, Reactions > Reactions
在total number of Heterogeneous reactions 中設(shè)置反應(yīng)總數(shù)(體積反應(yīng)、壁面反應(yīng)、顆粒表面反應(yīng))。(使用箭頭改變值，或輸入值并按Enter。)
如果您的間相反應(yīng)機(jī)制包含數(shù)值上的剛性反應(yīng)，則啟用Heterogeneous Stiff Chemistry Solver（非均質(zhì)剛性化學(xué)求解器）選項(xiàng)。該選項(xiàng)可以提高收斂性，可用于瞬態(tài)歐拉多相模擬。當(dāng)這個(gè)選項(xiàng)被啟用時(shí)，Ansys Fluent使用一個(gè)分步算法，流動(dòng)是先進(jìn)的沒有反應(yīng)源的時(shí)間步，然后化學(xué)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)集成的同一時(shí)間步。剛性的化學(xué)方案解決了所有相耦合的所有物種。注意，在“Reactions”選項(xiàng)卡(而不是在“創(chuàng)建/編輯材料”對(duì)話框中的反應(yīng)機(jī)制)中，可以包括同質(zhì)(內(nèi)相)反應(yīng)以及異質(zhì)反應(yīng)，并且這些反應(yīng)將通過剛性的求解器得到解決。剛性O(shè)DE求解器公差可以使用以下文本命令設(shè)置:
solve → set → heterogeneous-stiff-chemistry指定要定義的每個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)名。
設(shè)置要定義的每個(gè)反應(yīng)的ID。(同樣，如果輸入值，一定要按Enter。)
對(duì)于每個(gè)反應(yīng)，通過增加反應(yīng)物數(shù)量和生成物數(shù)量來指定反應(yīng)中涉及的反應(yīng)物和生成物的數(shù)量。在“Reaction”選項(xiàng)卡中選擇每個(gè)反應(yīng)物或產(chǎn)物，然后在Stoich中設(shè)置其化學(xué)計(jì)量系數(shù)。(化學(xué)計(jì)量系數(shù)為理論指南7.6式中的常數(shù)ν‘i,r或ν''i,r)。
對(duì)于每個(gè)反應(yīng)，標(biāo)明Phase和Species以及每個(gè)反應(yīng)物和生成物的化學(xué)計(jì)量系數(shù)。
對(duì)于每個(gè)反應(yīng)，使用Reaction Rate Function下拉列表選擇以下其中之一:
none
如果你不想包含反應(yīng)速率
population-balance ? ??
是由于成核和生長而產(chǎn)生的傳質(zhì)過程。如果初級(jí)相和次級(jí)相都沒有與之相關(guān)的物質(zhì)，那么質(zhì)傳遞被建模為單向的。如果傳質(zhì)過程涉及反應(yīng)或物質(zhì)，則必須將問題設(shè)置為涉及非均相反應(yīng)/傳質(zhì)
重點(diǎn)：如果存在多個(gè)導(dǎo)致次級(jí)相形成的反應(yīng)，則不應(yīng)使用反應(yīng)速率函數(shù)的種群平衡選項(xiàng)。在這種情況下，反應(yīng)速率函數(shù)應(yīng)該通過標(biāo)準(zhǔn)對(duì)話框或用戶定義函數(shù)來指定，生長速率函數(shù)應(yīng)該是各個(gè)反應(yīng)速率的總和。這將確保各反應(yīng)速率和從主相到副相的總傳質(zhì)量之間的一致性。
您始終可以使用DEFINE_MASS_TRANSPORT或DEFINE_HET_RXN_RATE用戶定義的函數(shù)類型來指定批量傳輸率，而不是使用總體平衡選項(xiàng)。但是，生長速率函數(shù)和從UDF返回的傳質(zhì)速率需要彼此一致。
arrhenius-rate
指定阿倫尼烏斯反應(yīng)的速率指數(shù)(更多信息請(qǐng)參閱《理論指南》中的多相相互作用)
重點(diǎn)：這種簡單形式的阿倫尼烏斯速率選項(xiàng)可能只用于脫脂反應(yīng)。炭的燃燒反應(yīng)可能更復(fù)雜，不能簡單地用這種形式來表述。額外的擴(kuò)散速率公式可能是需要額外的擴(kuò)散速率公式來制定一個(gè)完整的炭（或固相）反應(yīng)系統(tǒng)。
重點(diǎn)：注意，還可以使用用戶定義的函數(shù)指定異構(gòu)反應(yīng)速率。用戶定義的函數(shù)可用于阿倫尼烏斯型反應(yīng)，其速率指數(shù)相當(dāng)于化學(xué)計(jì)量系數(shù)。有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱Fluent自定義手冊(cè)中的DEFINE_HET_RXN_RATE。
?? 9.點(diǎn)擊 Apply
重點(diǎn)：Ansys Fluent假設(shè)反應(yīng)物在一起反應(yīng)前經(jīng)過充分的混合，因此熱和動(dòng)量傳遞基于此假設(shè)?？梢允褂梦谋久罱么思僭O(shè)。
理論
為了計(jì)算異構(gòu)相交互速率，提供了一個(gè)修改的Arrhenius類型速率表達(dá)式
速率表達(dá)式的一般形式是:
Yip為p相中反應(yīng)物i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，NR是給定相間反應(yīng)中的反應(yīng)物總數(shù)，ρp是p相的體積密度，αp是p相的體積分?jǐn)?shù)，MWip該p相中反應(yīng)物物種i的分子量(kg/kmol)，n是速率指數(shù)，k是速率常數(shù)。
修正的Arrhenius形式的速率常數(shù)k為上式，Tp是表達(dá)式要求的相溫度(相1、相2等)。確保為要提取的溫度提供正確的相位。Tref是歸一化溫度。通常，Tref對(duì)大多數(shù)反應(yīng)來說都是統(tǒng)一的，但某些反應(yīng)速率常數(shù)可能具有給定的Tref值，通常是298.15k。
方程式14.660中給出的反應(yīng)速率將在您指定的啟動(dòng)溫度以上有效，在該溫度下，速率計(jì)算的溫度取自選定的相。
DEFINE_HET_RXN_RATE 宏
1.介紹
需要使用DEFINE_HET_RXN_RATE指定異相反應(yīng)的反應(yīng)速率。多相反應(yīng)是一種涉及多個(gè)相的反應(yīng)物和產(chǎn)物的反應(yīng)。與DEFINE_VR_RATE不同，DEFINE_HET_RXN_RATE UDF可以為不同的異相反應(yīng)指定不同的值。
在Ansys FLUENT執(zhí)行期間，在每個(gè)流體單元中調(diào)用定義的每個(gè)異相反應(yīng)的DEFINE_HET_RXN_RATE UDF。ANSYS FLUENT將使用UDF指定的反應(yīng)速率來計(jì)算參與反應(yīng)的物種的產(chǎn)生/破壞，以及由于反應(yīng)而進(jìn)行的跨相熱量和動(dòng)量傳遞。
多相反應(yīng)通常用于定義涉及不同相物種的反應(yīng)。多相反應(yīng)在Multiphase Model 對(duì)話框的Phase Interaction > Heat, Mass, Reactions > Reactions選項(xiàng)卡中定義。
2.用法
DEFINE_HET_RXN_RATE (name,c,t,r,mw,yi,rr,rr_t)
3.函數(shù)返回
void
DEFINE_HET_RXN_RATE有八個(gè)參數(shù)：name、c、t、r、mw、yi、rr和rr_t。您提供name，UDF的名稱c、t、r、mw、yi、rr和rr_t是由Ansys Fluent求解器傳遞給UDF的變量。您的UDF將需要設(shè)置由real指針rr參照的值。這些值必須在kmol/m3s中指定(其中體積是單元體積)。
