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以进行气固非催化反应的填充床反应器为研究对象，将计算流体力学、传递原理、冶金反应工程学、非平衡态热力学、多尺度方法与实验相结合
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| 內容簡介： |
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本书以进行气固非催化反应的填充床反应器为研究对象,将计算流体力学、传递原理、冶金反应工程学、非平衡态热力学、多尺度方法与实验相结合。内容包括填充床内多尺度耦合问题概述、固定床中反应与传质的耦合模拟、吸热反应体系热质耦合模拟、柱坐标下反应与传热传质的耦合问题、应用非平衡态热力学研究填充床内的耦合扩散效应、反应机制对热质耦合问题的影响、基于离散体假设的多尺度模拟方法等。本书可作为高等学校冶金与化工、材料、环境等专业本科生及研究生教材,也可供冶金、化工行业工程技术人员参考。
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| 目錄：
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第1 章 绪论1.1 填充床内多尺度耦合问题的研究意义 11.2 数学物理模拟研究方法的作用 21.3 多孔介质传递问题的研究现状和发展方向 3 1.3.1 多孔介质中的流体流动 4 1.3.2 多孔介质中的传热传质 5 1.3.3 多孔填充床中反应与传递过程的耦合 71.4 研究内容 9第2 章 固定床中反应与传质耦合模拟2.1 引言 102.2 物理模型 102.3 化学反应源汇项的推导 11 2.3.1 化学反应的宏观动力学 11 2.3.2 微元体反应动力学方程 132.4 描述填充床内传输过程的基本方程 15 2.4.1 基本方程式 15 2.4.2 流体流动方程 152.5 多孔介质气固反应体系内传递过程的解析 16 2.5.1 数学模型 16 2.5.2 定解条件 18 2.5.3 数学模型的离散求解 18 2.5.4 各参数确定 24 2.5.5 模型验证与比较 242.6 结果分析和讨论 25 2.6.1 渗流速度的影响 26 2.6.2 化学反应速率的影响 27 2.6.3 反应器尺寸的影响 28 2.6.4 颗粒半径的影响 292.7 第三类出口边界条件下的模型解析 30 2.7.1 数学模型 30 2.7.2 数值求解 30 2.7.3 结果分析与讨论 312.8 本章小结 34第3 章 吸热反应体系热质耦合模拟3.1 引言 353.2 问题描述物理模型 353.3 数学模型建立 36 3.3.1 化学反应源汇项的数学描述 36 3.3.2 煅烧程度 38 3.3.3 一维冶金反应器内传热- 传质- 化学反应数学模型Ⅰ 38 3.3.4 一维冶金反应器内传热-传质-化学反应数学模型Ⅱ 39 3.3.5 模型定解条件 403.4 数学模型的求解 40 3.4.1 控制方程的离散 40 3.4.2 边界条件的处理 43 3.4.3 离散方程的矩阵形式 443.5 迭代求解方法和程序框图 46 3.5.1 迭代式求解方法 46 3.5.2 程序流程图 473.6 模型验证和比较 483.7 计算结果与讨论 48 3.7.1 入口渗流速度的影响 49 3.7.2 对流传热系数的影响 49 3.7.3 颗粒半径的影响 50 3.7.4 非稳态项的影响 52 3.7.5 入口气体温度的影响 523.8 本章小结 53第4 章 柱坐标下反应与传热传质耦合问题的研究4.1 引言 544.2 问题描述物理模型 544.3 数学模型建立 54 4.3.1 流体流动的数学描述 54 4.3.2 柱坐标下冶金反应器内传输过程的基本方程 55 4.3.3 模型求解条件 554.4 数学模型求解 56 4.4.1 区域离散和节点划分 56 4.4.2 控制方程的离散 56 4.4.3 程序流程图 594.5 模型验证 604.6 计算结果讨论 62 4.6.1 各物理量场的分布情况 62 4.6.2 主要控制参数对反应器特性的影响 644.7 本章小结 66第5 章 吸热反应体系内耦合扩散效应研究5.1 引言 675.2 建立数学模型 67 5.2.1 控制方程的建立 68 5.2.2 化学反应速率ξ 的表达式 70 5.2.3 固体转化率的求解 705.3 计算参数的确定 71 5.3.1 反应平衡常数K 的求解 71 5.3.2 唯象系数l 的确定 71 5.3.3 Soret 系数D ′和Dufour 系数D ″ 725.4 模型求解 72 5.4.1 数值离散 72 5.4.2 程序框图 785.5 实例计算和讨论 79 5.5.1 耦合扩散效应影响程度与渗流速度的关系 79 5.5.2 耦合扩散效应影响程度与入口气体初始温度的关系 80 5.5.3 耦合扩散效应影响程度与反应器尺寸的关系 81 5.5.4 耦合扩散效应影响程度与孔隙率的关系 825.6 本章小结 83第6 章 反应机制与耦合扩散效应6.1 引言 846.2 物理模型 846.3 综合反应速率 85 6.3.1 传热控制机制 85 6.3.2 传质控制机制 856.4 控制方程 866.5 验证分析 876.6 结果分析讨论 876.7 本章小结 91第7 章 多孔填充床反应特性的多尺度模拟7.1 引言 927.2 模型建立 92 7.2.1 物理模型 92 7.2.2 数学模型 93 7.2.3 跨尺度联系 957.3 数值求解 957.4 多尺度模拟结果分析 957.5 本章小结 98参考文献
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| 內容試閱：
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多相反应填充床是一类典型的多孔介质反应体系，其内部进行着复杂的传递过程和化学反应。本书以进行气固非催化反应的填充床反应器为研究对象，将计算流体力学、传递原理、冶金反应工程学、非平衡态热力学、多尺度方法与实验相结合，充分考虑多孔介质的孔隙结构特征和多相物质多场耦合作用，在机理研究的基础上，以理论分析为主研究多孔介质反应体系内的传热、传质同各种物理化学效应间的相互影响规律。内容包括填充床内多尺度耦合问题概述、固定床中反应与传质的耦合模拟、吸热反应体系热质耦合模拟、柱坐标下反应与传热传质的耦合问题、应用非平衡态热力学研究填充床内的耦合扩散效应、反应机制对热质耦合问题的影响、基于离散体假设的多尺度模拟方法等。
本书通过典型问题的模型建立方法、数值求解方法和步骤的展示，由浅入深地介绍了冶金多孔填充床内传质-传热-多相化学反应多尺度耦合模型的建立及求解方法；结合表征化学反应速度和流体扩散速度相对作用大小的无因次群及转化效率的推导方法，在对颗粒填充床结构进行细观模拟基础上，阐述了宏观能量、质量输入及微元体综合反应速率的多尺度耦合模型构建方法；使读者能够掌握如何刻画气固多相反应进程中的非均匀结构及其变化影响，并定量描述冶金气固多相反应器中的物理、化学过程，对从事冶金、化工过程的研究、开发、设计、技术改造或过程优化等工作有参考价值。本书可作为高等学校冶金与化工、材料、环境等专业本科生及研究生教材，也可供冶金、化工行业工程技术人员参考。
本书由沈阳工业大学材料科学与工程学院李明春、胡方著。在本书的编写过程中，得到了东北大学翟玉春教授、田彦文教授的悉心指导和帮助；在数值模拟方面得到了东北大学徐曾和教授的指导和帮助；在本书出版过程中，得到了沈阳工业大学材料学院领导和老师的大力支持和帮助，在此向以上各位专家及老师表示衷心的感谢。
由于水平有限，书中存在不当之处在所难免，请读者批评指正。
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