文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集

催化重整径向固定床反应器内流场的数值模拟研究

马素娟,蓝兴英,高金森,孙守峰1
中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京,102249

摘要:采用计算流体力学方法,从计算流体力学的基本方程出发,建立了径向固定床反应器内流体流动的数学模型。对某
石化催化重整径向固定床反应器建立了物理模型,使用 GAMBIT 软件划分网格。在软件上,对工业催化重整径
向固定床反应器内流体流动进行了数值模拟。模拟结果与工业数据误差较小,说明选取的数学模型较准确,计算方法可行,
FLUENT 提供的多孔介质模型对催化重整固定床反应器适用。模拟结果验证了向心 Z 型反应器内流体流动的轴向分布存在
不均匀性,增加阻力可以改善流体的流动方向,为径向反应器内传递过程的深入研究提供了有用的参考信息。
关键词:径向固定床反应器计算流体力学方法(CFD) 流场\ 数值模拟

0 引言
在固定床反应器中,径向反应器较轴向反应器具有压降小的优点,因此,现代的重整反应过程多使用
径向反应器。径向固定床反应器结构复杂,其中流体流动规律也相对复杂,存在流体沿轴向均布的问题。
若流动沿轴向分布不均匀,将直接影响反应的转化率、选择性、反应器的稳定性以及产品的产量和质量。
流动的轴向均布是反应器设计中的关键问题,越来越受到研究人员的重视[1~4]。
随着计算机及数值计算的发展,作为研究流体流动、传热、传质和反应的新方法,计算流体力学方法
在化学反应工程领域中得到了越来越广泛的应用。与传统的实验研究相比,计算流体力学方法具有成本低、
速度快、资料完备、可以模拟真实及理想条件等优点,并能解决某些由于实验技术所限,难以进行测量的
问题。计算流体力学方法成为研究径向固定床反应器内传递规律的有效方法。但对径向固定床反应器的数
值模拟工作的报道目前甚少。
1 数学模型
流体运动满足质量守恒定律和动量守恒定律,基本瞬时控制方程组由质量守恒方程和动量守恒方程组
成。
质量守恒方程:
∂∂ρ
+=()0ρu j (1)
∂∂txj
动量守恒方程:
∂∂∂∂p ⎛⎞⎛⎞∂∂uu∂u 2 ∂
()ρρuuu+=−++−++ ( ) μ(iij ) μρ gS
iji ⎜⎟⎜⎟ji
∂∂txjijjiij ∂∂∂∂∂∂ xxxxxx⎝⎠⎝⎠3
(2)

1作者简介:马素娟(1980-),女, 中国石油大学(北京)在读硕士研究生。联系电话:010-89733775; E-mail:
sujuanma@。导师:高金森,教授,博导。

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其中,Si 为依据固定床反应器内催化剂颗粒床层、中心管等所产生的阻力所确定的衰减源项。
软件中将此源项定义如下:
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SDuCuiijjijmagj=−()∑∑μρν+
jj==112
源项包括两部分:第一部分是粘滞损失项,第二部分是惯性损失项。对均相来说,源项可简化为:
μ 1
SuCuu=−() + ρ(3)
iiα 2 2 magi
FLUENT6