分離式壓力耦合算法的研究及用于裂解與水合管式反應器的模擬.pdf

1、管式反應器為化學工業(yè)中最常用反應器類型之一。反應器內(nèi)部流體的流動、傳熱、傳質(zhì)和化學反應等物理過程的研究是該型反應器設計的重要環(huán)節(jié)。近年來，隨著計算機與科學計算的發(fā)展，數(shù)值模擬已成為開展這類研究強有力的工具之一。由于絕大多數(shù)管式反應器中的流體流動可視作不可壓縮流，因而管式反應器數(shù)值模擬的實質(zhì)就在于求解反應器內(nèi)不可壓縮流各控制方程。
　　分離式壓力耦合算法為求解不可壓縮流Navier-Stokes方程最高效、應用最廣泛的方法之一。其中

2、，更以壓力修正方法(如SIMPLE系列算法)和分步式算法(如Projection算法)最為有名。本文針對這兩種算法現(xiàn)存的一些問題展開了研究，以促進方法的完善和實際應用。從面向?qū)ο蟮木幊汤砟畛霭l(fā)，本文開發(fā)了基于三角形網(wǎng)格SIMPLE算法的計算機程序，并以若干經(jīng)典算例驗證了程序的可靠性，為算法的進一步研究和化工應用提供計算平臺。對無壓Projection算法法向中間速度邊界條件展開了研究，考察其對計算精度的影響。這對該算法理論的完善和實際應

3、用均有顯著意義。
　　本文還就加速離散方程迭代求解速度的塊修正技術進行了研究，考察其在管式反應器模擬中的數(shù)值特性。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：采用ADI-TDMA算法求解離散方程時輔以塊修正技術可大幅提高邊界條件向反應器中心的傳遞速度，從而起到加速迭代收斂的作用；基于管式反應器求解區(qū)域的幾何特征，軸向塊修正不起作用，徑向塊修正則可加速非線性問題的全局收斂進程，并且這種作用完全通過加速壓力修正方程而體現(xiàn)出來。
　　此外，本文采用二維圓柱軸對稱

4、坐標下交錯網(wǎng)格上的SIMPLE算法分別對環(huán)氧乙烷水合反應器和乙烷裂解爐爐管進行了數(shù)值模擬?？刂品匠屉x散采用有限體積法，為了獲得不低于二階的計算精度，對流項采用QUICK格式，擴散項則采用中心差分格式。根據(jù)文獻中提供的動力學模型計算了組分輸運方程和能量方程源項。湍流的模擬則是采用k-ε模型，并以壁面函數(shù)法進行近壁面處理。通過與文獻提供的實驗、工業(yè)數(shù)據(jù)相比對，證明數(shù)值模擬所得結果與實際情況吻合良好。此外，在乙烷裂解爐爐管的模擬過程中發(fā)現(xiàn)：塊