反应通道耦合
反应通道耦合功能用于将 3D Simcenter STAR-CCM+ 模拟与使用 CVODE 求解器的 1D 塞流反应器耦合。
反应通道塞流反应器公式
反应通道中的流体使用一维塞流反应器 (PFR) 来模拟。在反应通道内的任何轴点处,各流体变量径向均匀。对于给定的反应 ,热和组分的轴向扩散一致,因此可以忽略。PFR 中组分和温度的演变表示如下:
- 组分: (3810)其中, 为反应 中的所有组分的质量分数, 为密度。
- 温度: (3811)
其中, 为反应 的总焓, 为比热。在反应通道中,使用以下公式确定对流热传递源 :
(3812)
,反应通道壁面温度,为已求解的反应通道壁面上的 3D 外部流体温度场的平均值, 为反应通道总体温度。
反应通道的对流热传递系数 根据指定的热传递相关类型确定:
- 对于使用 Gnielinski 热传递相关的开管: (3813)
为努赛尔数,根据充分发展的管道流经验相关性确定:
- 对于 Re < 3000 的层流: (3814)
- 对于 Re > 3000 的湍流,使用湍流的 Gnielinski 相关确定 : (3815)
其中,为普朗特数,由以下公式确定:
(3816)为范宁摩擦因子。 - 对于 Re < 3000 的层流:
- 对于使用 Leva/Grummer 热传递相关的填充层管道:(3817)其中, 为等效填充层颗粒直径, 为定义的热传递因子,且(3818)
- 对于使用 Beek 热传递相关的填充层管道:(3819)
其中, 为定义的热传递因子,普朗特数 由 Eqn. (3816) 确定。
- 对于使用 De Wasch/Froment 热传递相关的填充层管道:(3820)
对于平滑的圆柱反应通道,管道摩擦因子 根据指定的摩擦因子相关类型确定:
- 对于使用 Blasius 摩擦因子相关的开管:(3821)
- 对于使用 Filonenko 摩擦因子相关的开管:(3822)
- 对于使用 Hicks 摩擦因子相关的填充层管道:(3823)
- 对于使用 Ergun 摩擦因子相关的填充层管道:(3824)
PFR 中的方程使用刚性 CVODE 常微分方程 (ODE) 求解器求解,时间步基于反应通道的网格尺寸和局部反应通道速度。
压降计算为:
(3825)
其中, 为摩擦因子, 为系统的特征长度。系统的特征长度为以下两者之一:
- 对于开管,为水力半径
- 对于填充层管道,为填充层代表颗粒直径
外部流体 STAR-CCM+ 公式
外部流体使用三维 Simcenter STAR-CCM+ 模拟,可以定义为反应或非反应。只要几何中表示反应通道的几何通道保持非网格化状态,就可划分三维外部流体几何的网格。
反应通道壁面处的热通量边界条件 计算为外部流体从反应通道获得的热的亚松弛。此热通量使用以下公式确定:
(3826)
当模拟的求解收敛时,来自反应通道的热通量等于来自外部流体的通量增益。