Fluent 表面化学反应模拟
fluent多组分设置及化学反应
fluent多组分设置及化学反应
Fluent是一种用于计算流体力学的软件，它可以用于分析和模拟流体流动、传热和质量传递等问题。
在多组分设置中，Fluent可以考虑流体中多种组分的存在，并模拟它们之间的相互作用和化学反应。
在Fluent中进行多组分设置及化学反应模拟的步骤如下：
1. 准备几何模型：创建几何模型，并定义模拟区域的边界条件。
2. 定义物理性质：为每种组分定义物理性质，如密度、粘度和热导率等。
3. 设定组分类型：在Fluent中，可以选择不同的组分类型，如离散组分、混合组分和表面化学反应等。
4. 定义质量分数：为每种组分定义其在模拟区域中的质量分数。
5. 定义输运模型：选择适当的输送模型，如对流-扩散模型或湍流模型，并指定相应的参数。
6. 定义化学反应：如果模拟中存在化学反应，可以在Fluent中定义反应机理、反应速率和反应控制方程等。
7. 设置边界条件：为每个边界定义适当的边界条件，如入口条件、出口条件和壁面条件。
8. 运行模拟：配置模拟参数并运行模拟。
9. 分析结果：分析模拟结果并根据需要进行后处理，如生成流场图像、计算物质转移速率等。
需要注意的是，这只是Fluent中多组分设置及化学反应模拟的基本步骤，具体的操作可能因具体问题而有所不同。
在进行模拟前，建议详细了解Fluent软件的使用方法，并根据具体问题进行相关设置。
fluent化学仿真计算
fluent化学仿真计算
Fluent 化学仿真计算是一种基于计算流体力学（CFD）的数值模拟方法，用于研究和预测涉及化学反应的流体流动和传质过程。
在 Fluent 化学仿真计算中，首先需要建立物理模型和边界条件，包括流场的几何形状、流体的性质、化学反应的类型和速率等。
然后，通过求解 Navier-Stokes 方程和质量守恒方程等控制方程，得到流场的速度、压力、温度和浓度分布等参数。
为了考虑化学反应的影响，Fluent 采用了多种化学反应模型，如有限速率反应模型、Arrhenius 反应模型、详细化学反应模型等。
这些模型可以描述不同类型的化学反应，包括均相反应、多相反应、表面反应等。
在进行 Fluent 化学仿真计算时，还需要考虑数值方法的选择和计算效率的优化。
通常采用有限体积法或有限元法进行离散化，选择合适的时间步长和空间分辨率，以保证计算的准确性和稳定性。
Fluent 化学仿真计算可以应用于许多领域，如化学工程、环境工程、燃烧工程等。
它可以帮助工程师和研究人员深入了解化学反应过程，优化反应器设计，提高反应效率，减少环境污染等。
需要注意的是，Fluent 化学仿真计算是一种数值模拟方法，其结果受到模型的准确性、输入参数的准确性和计算方法的限制。
因此，在实际应用中需要结合实验数据进行验证和修正，以确保计算结果的可靠性。
fluent物质输送和有限速率化学反应
第十三章 物质输送和有限速率化学反应FLUENT 可以通过求解描述每种组成物质的对流、扩散和反应源的守恒方程来模拟混合和输运，可以模拟多种同时发生的化学反应，反应可以是发生在大量相（容积反应）中，和/或是壁面、微粒的表面。
包括反应或不包括反应的物质输运模拟能力，以及当使用这一模型时的输入将在本章中叙述。
注意你可能还希望使用混合物成分的方法（对非预混系统，在14章介绍）、反应进程变量的方法（对预混系统，在15章介绍），或部分预混方法（在16章介绍）来模拟你的反应系统。
见12章FLUENT 中反应模拟方法的概述。
本章中的分为以下章节：● 容积反应● 壁面表面反应和化学蒸汽沉积● 微粒表面反应● 无反应物质输运13．1 容积反应与容积反应有关的物质输运和有限速率化学反应方面的信息在以下小节中给出：● 理论● 模拟物质输运和反应的用户输入概述● 使能物质输运和反应，并选择混合物材料● 混合物和构成物质的属性定义● 定义物质的边界条件● 定义化学物质的其他源项● 化学混合和有限速率化学反应的求解过程● 物质计算的后处理● 从CHEMKIN 导入一个化学反应机理理论物质输运方程当你选择解化学物质的守恒方程时，FLUENT 通过第i 种物质的对流扩散方程预估每种物质的质量分数，Y i 。
守恒方程采用以下的通用形式： ()()i i i i i S R J Y v Y t++-∇=⋅∇+∂∂ ρρ （） 其中i R 是化学反应的净产生速率（在本节稍后解释），i S 为离散相及用户定义的源项导致的额外产生速率。
在系统中出现N 种物质时，需要解N-1个这种形式的方程。
由于质量分数的和必须为1，第N 种物质的分数通过1减去N-1个已解得的质量分数得到。
为了使数值误差最小，第N 种物质必须选择质量分数最大的物质，比如氧化物是空气时的N 2。
层流中的质量扩散在方程中，i J 是物质i 的扩散通量，由浓度梯度产生。
缺省时，FLUENT 使用稀释近似，这样扩散通量可记为：i m i i Y D J ∇-=,ρ （）这里m i D ,是混合物中第i 种物质的扩散系数。
FLUENT中组分输运及化学反应燃烧模拟
混合分数定义
混合分数, f, 写成元素的质量分数形式:
f Zk Zk,O Zk,F Zk,O
其处中的，值。Zk 是元素k的质量分数 ；下标 F 和O 表示燃料和氧化剂进口流
对于简单的 fuel/oxidizer系统, 混合物分数代表计算控制体里的燃料 质量分数.
平衡化学的 PDF模型 层流火焰面模型
进展变量模型
Zimont 模型
有限速率模型
用总包机理反应描述化学反应过程. 求解化学组分输运方程.
求解当地时间平均的各个组分的质量分数, mj.
组分 j的源项 (产生或消耗）是机理中所有k个反应的净反应速率 :
Rj Rjk k
R、jk混(第合k或个涡化旋学破反碎应（生E成BU或）消速耗率的的j 组小分值)。是.根据 Arrhenius速率公式
p(f) can be used to compute time-averaged values of variables that
depend on the mixture fraction, f:
i
1 0
p
(
f
)
i( f )d f
Species mole fractions
Temperature, density
的燃烧过程。.
计算连续相流动场 计算颗粒轨道
更新连续相源项
颗粒弥散: 随机轨道模型
Monte-Carlo方法模拟湍流颗粒弥散 (discrete random walks)
颗粒运动计算中考虑气体的平均速度及随机湍流脉 动速度的影响。
每个轨道包含了一群具有相同特性的颗粒，如相同 的初始直径，密度等.
fluent颗粒表面反应模型
fluent颗粒表面反应模型引言在物理和化学领域，表面反应模型是用来描述固体颗粒表面上发生的化学反应过程的理论模型。
其中，"f lu en t颗粒表面反应模型"是一种广泛应用于描述颗粒物表面反应行为的模型。
本文将介绍该模型的原理、应用和相关领域内的研究进展。
原理f l ue nt颗粒表面反应模型基于质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律，结合物理化学原理，构建了关于颗粒表面反应的数学模型。
该模型考虑了反应物在颗粒表面的吸附、扩散、反应和解吸的过程，并利用动力学和热学方程来描述颗粒表面反应的动力学和热力学行为。
应用f l ue nt颗粒表面反应模型在许多领域得到了广泛的应用，包括但不限于以下领域：1.催化剂设计催化剂是许多化学反应过程的关键组成部分。
通过使用fl ue nt颗粒表面反应模型，可以预测催化剂颗粒表面上反应物的吸附和反应行为，从而指导新催化剂的设计和优化。
2.环境科学颗粒物在大气和水体中的表面反应对环境的影响至关重要。
利用f l ue nt颗粒表面反应模型，可以模拟颗粒物在大气和水体中的化学反应过程，以评估其对环境质量的影响和风险。
3.材料科学颗粒表面反应在材料科学中有着重要的应用。
通过使用fl ue nt颗粒表面反应模型，可以研究颗粒表面上的物理化学行为，如腐蚀、锈蚀和表面改性等，以提高材料的性能和稳定性。
研究进展f l ue nt颗粒表面反应模型作为一个复杂的数学模型，一直是研究的热点。
近年来，研究者们不断提出改进和优化该模型，以更准确地描述颗粒表面反应行为。
一些新的方法和技术也被引入到该模型中，如计算流体动力学（C FD）和分子动力学模拟等，以提高模拟效果和计算速度。
总结f l ue nt颗粒表面反应模型是一种重要的用于描述颗粒物表面反应行为的数学模型。
它在催化剂设计、环境科学和材料科学等领域有着广泛的应用。
随着研究的不断深入，该模型将进一步改进和完善，为相关领域的研究提供更准确和可靠的工具和方法。
Fluent-表面化学反应模拟
Fluent-表面化学反应模拟导入网格2 定义求解器3 开启能量方程4 操作工况参数operating conditions1操作压力的介绍关于参考压力的设定，首先需了解有关压力的一些定义。
ANSYS FLUENT中有以下几个压力，即Static Pressure（静压）、Dynamic Pressure（动压）与Total Pressure（总压）；Absolute Pressure （绝对压力）、Relative Pressure（参考压力）与Operating Pressure（操作压力）。
这些压力间的关系为，Total Pressure（总压）=Static Pressure （静压）+Dynamic Pressure （动压）；Absolute Pressure（绝对压力）=Operating Pressure（操作压力）+Gauge Pressure （表压）。
其中，静压、动压和总压是流体力学中关于压力的概念。
静压是测量到的压力，动压是有关速度动能的压力，是流动速度能量的体现。
而绝对压力、操作压力和表压是FLUENT引入的压力参考量，在ANSYS FLUENT中，所有设定的压力都默认为表压。
这是考虑到计算精度的问题。
2操作压力的设定设定操作压力时需要注意的事项如下：●对于不可压缩理想气体的流动，操作压力的设定直接影响流体密度的计算，因为对于理想气体而言，流动的密度由理想气体方程获得，理想气体方程中的压力为操作压力。
●对于低马赫数的可压缩流动而言，相比绝对静压，总压降是很小的，因此其计算精度很容易受到数值截断误差的影响。
需要采取措施来避免此误差的形成，ANSYS FLUENT通过采用表压（由绝对压力减去操作压力）的形式来避免截断误差的形成，操作压力一般等于流场中的平均总压。
●对于高马赫数可压缩流动的求解而言，因为此时的压力比低马赫可压缩流动的大得多，所以求解过程中的截断误差的影响不大，可以不设定表压。
fluent 化学反应 模拟 算例
化学反应模拟算例一、概述化学反应是指物质在化学变化过程中，原来的物质由于化学性质的变化而变成了新的物质。
化学反应的速率、平衡、热力学等方面都具有重要意义。
然而，在实验室中进行化学反应实验需要耗费大量的资源和时间，而且往往只能获得有限的数据。
采用数学模拟的方法，通过计算机建立化学反应的数学模型，可以对化学反应进行更加深入的研究。
本文将介绍化学反应模拟算例的相关内容。
二、化学反应模拟的基本原理1. 化学反应动力学化学反应动力学研究的是化学反应速率与反应物浓度之间的关系。
在实际的化学反应过程中，反应速率通常与反应物浓度、温度和催化剂等因素有关。
动力学理论可以描述这些因素对反应速率的影响，帮助我们理解化学反应的机理。
2. 热力学热力学研究的是化学反应的热能变化。
在化学反应中，往往伴随着放热或吸热过程，热力学理论可以描述这些热能变化对化学反应平衡和反应热的影响。
3. 化学反应模拟化学反应模拟是指利用数学模型和计算机程序，对化学反应进行定量分析和预测。
通过化学反应模拟，我们可以依据反应动力学和热力学的理论，模拟不同条件下的化学反应过程，并预测反应产物的生成情况和反应速率。
三、化学反应模拟算例1. 化学反应速率模拟算例假设化学反应速率与反应物浓度的关系符合简单的几何学式，我们可以通过数学公式建立化学反应速率的模型，并编写计算机程序进行模拟。
以A、B为反应物，C为产物的一级反应为例，其速率方程可表示为：r=k[A]，其中r为反应速率，k为速率常数，[A]为反应物A的浓度。
通过改变反应物浓度和温度等参数，我们可以模拟不同条件下的反应速率，从而进一步探讨反应速率与反应物浓度和温度的关系。
2. 化学反应平衡模拟算例对于简单的一级反应A→B，我们可以通过热力学理论建立化学反应的平衡常数Kp的模型，并利用计算机程序进行模拟。
通过改变反应物A 和B的初始浓度，我们可以模拟不同条件下反应的平衡位置和平衡常数Kp的变化，从而研究化学反应平衡的影响因素。
fluent 化学反应
fluent 化学反应
Fluent 是一个计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）软件套件，由ANSYS 公司开发。
Fluent 主要用于模拟和分析流体流动、传热和传质的现象。
虽然Fluent 可以模拟多种物理过程，但化学反应过程并不在其核心功能范围内。
然而，在实际工程应用中，流体流动和化学反应过程往往密切相关。
在这种情况下，可以采用多物理场耦合的方法，将Fluent 与其他专用的反应动力学或化学动力学软件（如Chemkin、Cantera 等）相结合，实现对流体流动和化学反应过程的联合模拟。
在联合模拟中，Fluent 主要负责处理流体流动和传热问题，而其他软件则处理化学反应动力学和化学成分变化。
通过将两者的计算结果相互传递，可以在一个更全面的模型中研究流体流动、传热和化学反应之间的关系，为实际工程应用提供更有效的解决方案。
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导入网格2 定义求解器3 开启能量方程4 操作工况参数operating conditions1操作压力的介绍关于参考压力的设定,首先需了解有关压力的一些定义。
ANSYS FLUENT中有以下几个压力,即Static Pressure(静压)、Dynamic Pressure(动压)与Total Pressure(总压);Absolute Pressure(绝对压力)、Relative Pressure(参考压力)与Operating Pressure(操作压力)。
这些压力间的关系为,Total Pressure(总压)=Static Pressure(静压)+Dynamic Pressure(动压);Absolute Pressure(绝对压力)=Operating Pressure(操作压力)+Gauge Pressure(表压)。
其中,静压、动压与总压就是流体力学中关于压力的概念。
静压就是测量到的压力,动压就是有关速度动能的压力,就是流动速度能量的体现。
而绝对压力、操作压力与表压就是FLUENT引入的压力参考量,在ANSYS FLUENT中,所有设定的压力都默认为表压。
这就是考虑到计算精度的问题。
2操作压力的设定设定操作压力时需要注意的事项如下:●对于不可压缩理想气体的流动,操作压力的设定直接影响流体密度的计算,因为对于理想气体而言,流动的密度由理想气体方程获得,理想气体方程中的压力为操作压力。
●对于低马赫数的可压缩流动而言,相比绝对静压,总压降就是很小的,因此其计算精度很容易受到数值截断误差的影响。
需要采取措施来避免此误差的形成,ANSYS FLUENT通过采用表压(由绝对压力减去操作压力)的形式来避免截断误差的形成,操作压力一般等于流场中的平均总压。
●对于高马赫数可压缩流动的求解而言,因为此时的压力比低马赫可压缩流动的大得多,所以求解过程中的截断误差的影响不大,可以不设定表压。
由于ANSYS FLUENT中所有需输入的压力都为表压,因此此时可以将操作压力设定为0(这样可以最小化由于压力脉动而引起的误差),使表压与绝对压力相等。
●如果密度设定为常数或者其值由通过温度变化的函数获得,操作压力并没有在计算密度的过程中被使用。
●默认的操作压力为101325Pa。
操作压力的设定主要基于两点考虑,一就是流动马赫数的大小,二就是密度计算方法。
表格 1 操作压力的推荐设置对于不涉及任何压力边界条件的不可压缩流动,ANSYS FLUENT在每次迭代后要调整表压值。
这个过程通过使用参考压力位置处(或该位置附近)节点的压力完成。
因此,参考压力位置处的表压应一直为0。
如果使用了压力边界条件,则不会使用到上述关系,因此参考压力位置不被使用。
参考压力位置默认为等于或接近(0,0,0)的节点中心位置。
实际计算中可能需要设置参考压力位置到绝对静压已知的位置处。
在Operating Conditions对话框中的Reference Pressure Location选项组中设置新的参考压力位置的x,y,z的坐标即可。
如果要考虑某一方向的加速度,如重力,可以勾选Gravity复选框。
对于VOF计算,应当选择Specified Operating Density,并且在Operating Density 下为最轻相设置密度。
这样做排除了水力静压的积累,提高了round-off精度为动量平衡。
同样需要打开Implicit Body Force,部分平衡压力梯度与动量方程中体积力,提高解的收敛性。
Reference Pressure Location(参考压强位置)应就是位于流体永远就是100%的某一相(空气)的区域,光滑与快速收敛就是其基本条件。
单击Define→Operating Conditions。
在Operating Pressure中输入10000 Pa,选中重力Gravity,在Z 中输入9、81 m/s2,Operating Temperature输入303 K,点击OK确认。
5 定义多组分模型(1)在Model(模型)中选择Species Transport(组元输运)。
(2)在Reactions(反应)中选择Volumetric Reactions(体积反应)。
(3)在Mixture Material (混合物材料)中选择所计算问题中涉及到的反应物,则Numberof Volumetric Species(体积组元数量)中自动显示混合物中的组元数量。
(4)在Turbulence-Chemistry Interaction(湍流与化学反应相干模型)中根据需要选择相应的模型。
如果选择了Eddy-Dissipation Concept (EDC),则可以进一步修改Volume Fraction Constant(体积浓度常数)与Time Scale Constant(时间尺度常数)(6)如果想完整计算多组分的扩散或热扩散, 就选中Full Multicomponent Diffusion(完整多组分扩散)与Thermal Diffusion(热扩散)选项。
在上面的设置过程中,如果需要查瞧混合物中组分与化学反应的相关设置,可以在Species(组元)面板中,点击Mixture Material(混合物材料)右边的View(观瞧)按钮。
如果计算中用到的混合物模型就是一种新的混合物,则需要在Material(材料)面板中创建混合物,然后再将新定义的混合物选作计算用的混合物。
混合物的定义过程包含组分选取、反应模型设定、反应机制设定等几个步骤,下面逐一介绍。
层流条件下,Model模型中只能选择Species Transport组元运输一项。
Turbulence-Chemistry Interaction(湍流与化学反应相干模型)中也只有一项。
在Models中选中Species Transport单选按钮,在Reactions中选中Volumetric与Wall surface复选框,在Wall Surface Reaction Options中选中Mass Deposition Source复选框,在Options中选择Inlet Diffusion, Full Multicomponent Diffusion, Thermal Diffusion复选框,单击OK按钮确认。
6 设置材料1)添加砷化氢arsine1,双击air2,在name中输入arsine与chemical formula处输入ash3;比热容cp选择kinetic-theory;导热系数thermal conductivity选择kinetic-theory;粘度viscosity选择kinetic-theory;分子量molecular weight选择constant为77、95;标准状态焓standard state enthalpy为0;标准状态熵standard state entropy为130579、1;基准温度reference temperature为298、15。
3,点击change/create,创建新物质,在弹出的就是否覆盖选择no。
4,双击arsine在L-J characteristic Length特征长度输入4、145 (埃米);L-J Energy Parameter能量参数中输入259、8。
单击Change/Create按钮。
2)添加三乙基镓、甲基、氢气、镓(固体)、砷(固体)、镓、砷参数Ga(CH_3)_ 3CH_3 H_2 Ga_s As_s Ga As7 编辑组信息1，修改组命名双击mixture-temple,name中输入gaas_deposition。
单击change,点击yes确认。
2，编辑组分信息在mixture species中组分选取首先进入Materials(材料)面板:Define->Materials、、、在Materials(材料)面板上,先在Name(名称)中为新的混合物确定一个名称,然后在Material Type(材料类型)里选择mixture(混合物)。
如果有与目标相近的混合物模型,可以在下面的Mixture Material(混合物材料)中选择一样,比如methane-air(甲烷－空气),然后在下面Properties(性能)中做详细设置,即按顺序设置组元、反应类型、反应机制等等:(1)点击Mixture Species(混合物组元)右边的Edit(编辑)按钮进入Species(组元)面板,如图7-11 所示。
在Mixture(混合物)下面有 4 个框,即Available Materials(可用材料), Selected Species(已选组元), Selected Site Species(已选吸收组元)与Seleted Solid Species(已选固体组元)。
Available Materials(可用材料)就是指材料数据库中可供选用的材料; Selected Species (已选组元)就是指当前混合物中已经选中的组元; Selected Site Species(已选吸收组元)就是指在存在物面反应的计算中,气相混合物中即将通过反应被物面吸收的组元; Selected Solid Species(已选固体组元)就是指物面反应计算中将从物面进入气流的组元。
显然,如果不存在物面反应,则不用考虑后面两个方框中的内容,整个设置过程会大大简化。
组元设置的中心任务就是选择混合物组元,即设定Selected Species(已选组元)的内容。
在Materials(材料)面板中,点击Database、、、(数据库)按钮打开Database Materials(数据库中材料)面板,拷贝所需的组元后,再回到Species(组元)面板。
在拷贝之前,需要确认Material Type(材料类型)必须就是fluid(流体)。
这里不必担心如何添加物面反应中参与反应的固体组元,因为实际上这些组元也会出现在fluid(流体)的列表中。
在Selected Species(已选组元)中,最后一项必须就是质量浓度最大的一个组元。
如果最后一项不就是质量浓度最大的一项,可以先将质量浓度最大的组元从方框中删除,然后再重新添加进来,以保证这个组元处于方框的底部。
添加与删除操作就是通过选择相应的组元,然后点击Add(添加)与Remove(删除)按钮实现的。
Selected Species Selected Site Species Seleted Solid Speciesash3 ga_s gaga(ch3)3 as_s asch3h2现的三个组分,就是按顺序排列的前三个化学反应设定组元设置完成后,就可以开始设置组元间的化学反应。