一级化学反应多步骤Fluent仿真文献复现（三维、多孔介质催化剂表面反应）

个人觉得化学反应在COMSOL里面的设置是比较简单直接的，但在Fluent里面就显得复杂挺多，在此记录下本人在文献复现的思路和软件的设置过程，关于文献中的方程组，在此先不做深入的考究。

参考文献：10.1016/j.fuel.2022.124095

一、方程组

文献中，考虑了大概5组方程，分别是质量守恒、动量守恒、能量守恒、化学反应和扩散，以及阿伦尼乌斯方程，以上方程如下图所示。

二、建模

根据文献，设置半径R=0.01485m，长2m的圆柱体即可，这个可以在DesignModeler里面画，也可以用Catia、Solidworks等三维软件画一个，再导进去。

三、网格

添加边界层网格和用MultiZone方法划分网格，网格大小这里按了默认比较粗。

四、求解设置

4.1选择双精度

4.2选择压力基求解器，选择稳态计算，加载Z方向的重力

4.3打开能量方程、选择层流模型

4.4 打开组分输运、打开表面化学反应，加速因子填0.25

4.5输入相应材料的物性，其中4H-NEC、0H-NEC标准状态焓填反应焓值，文献有提供。注意！！！这里Fluent的焓值单位是J/kgmol，实际上J/kgmol=J/kmol=1000J/mol，注意单位换算。

流体：输入各物性参数

固体材料：添加催化剂物性参数

4.6将设置好的材料添加到mixture-template，注意~添加组分时，最后一个组分必须是入口浓度或质量分数最大的那个，在这里是H12-NEC

4.7 设置两个反应机理，同时比热、热导率、粘度和质量扩散率设置成如下图所示

4.8设置多孔区域参数，如下图所示，表面体积比文献未有提供，在此设为2mm直径的球，对应为5333

4.9设置边界条件，主要是设置壁面温度，入口速度大小、入口温度

4.10方法和控制设置

4.11初始化采用混合初始化

4.12运行计算，先设置200，看收敛曲线

五、查看结果

5.1 建立一条辅助线，用两点法（0,0,0）到（0,0,2）

5.2 H12-NEC质量分数

5.3 H4-NEC质量分数

5.4 H0-NEC质量分数

5.4 H2质量分数

5.5 文献结果

显然，模拟的结果与文献结果存在比较明显的差异，不过经过曲线对比分析，笔者简单地认为这是反应速率不一致导致的差异，经过摸索，fluent里面有两个至关重要的参数影响反应速率，第一个是质量扩散系数，文献里面有提到，扩散系数定义与菲克定律一致，根据帮助文件，在质量扩散系数选择上，可以选择前两项的其中一个。

文献：

Fluent帮助文件：

5.6思考：

质量扩散系数选择上，可以选择前两项的其中一个，即constant-dilute-appx和dilute-approx里面选其中一个，按文献要求，感觉第二个合适，但每个物质的扩散系数文献没给，因此笔者还是选了第一个，并改它的参数，看结果是否接近文献计算的结果。

当然，还有另外一些参数，影响也是非常的大，它就是反应的表面体积比和孔隙率，前者影响更大，因此笔者也打算调整这个参数，去拟合结果。

然后，笔者先改了表面体积比，改成800时，收敛曲线震荡，目前笔者无法解释该现象原因，只能猜测是反应不完全导致，大佬看到的话可以指点指点。后面改为2200，又收敛了。

最终，笔者尝试到了一个跟文献相当相似的参数，就是质量扩散系数是3.5×10^-6，表面体积比为500，结果特别像，如下图所示。

文献的复现到此已经结束了，感谢你的收看，欢迎大佬在评论区指点指点。