Математическое моделирование потоков многокомпонентного газа с энергоемкими химическими процессами на примере пиролиза этана

Авторы

  • О.А. Стадниченко
  • В.Н. Снытников
  • Вл.Н. Снытников

Ключевые слова:

трехмерная газовая динамика с химическими реакциями
пиролиз этана
динамика газовых потоков
уравнения Навье-Стокса

Аннотация

Разработана математическая модель, описывающая трехмерную динамику газового потока в лабораторном реакторе с диффузией, теплопереносом и химическими реакциями пиролиза углеводородов с их тепловыми эффектами и тепловыми процессами. Численная модель построена на основе пакета ANSYS Fluent с добавлением жесткой системы обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающей кинетическую схему радикальных цепных реакций и процессы теплообмена. Взаимная верификация экспериментальных данных и численных расчетов показали работоспособность созданной модели. Разработанная модель предназначена для многопараметрических расчетов при проектировании химико-технологических установок с масштабным переходом и поиском оптимальной геометрии и физических параметров в случае сохранения ламинарного режима течения газа. Модель верифицирована на примере анализа тепловых и энергетических режимов трубчатого реактора пиролиза этана.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2014-12-18

Выпуск

Том 15 (2014): Выпуск 4.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

О.А. Стадниченко

Институт катализа имени Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН)
пр. Академика Лаврентьева, 5, 630090, Новосибирск
• научный сотрудник

В.Н. Снытников

Институт катализа имени Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН)
пр. Академика Лаврентьева, 5, 630090, Новосибирск
• старший научный сотрудник

Вл.Н. Снытников

Институт катализа имени Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН)
пр. Академика Лаврентьева, 5, 630090, Новосибирск
• научный сотрудник

Библиографические ссылки

  1. http://www.cfd-online.com/Wiki/Codes
  2. http://www.ansys.com/Products/Simulation+Technology/Fluid+Dynamics/Fluid+Dynamics+Products/ANSYS+linebreak Fluent
  3. Snytnikov V.N., Mischenko T.I., Snytnikov Vl.N., Chernykh I.G. A reactor for the study of homogeneous processes using laser radiation energy // Chemical Engineering Journal. 2009. 150, N 1. 231-236.
  4. Snytnikov V.N., Mishchenko T.I., Snytnikov Vl.N., Stoyanovskaya O.P., Parmon V.N. Autocatalytic gas-phase ethane dehydrogenation in a wall-less reactor // Kinetics and Catalysis. 2010. 51, N 1. 10-17.
  5. Snytnikov V.N., Mishchenko T.I., Snytnikov Vl.N., Malykhin S.E., Avdeev V.I., Parmon V.N. Autocatalytic gas-phase dehydrogenation of ethane // Res. Chem. Intermed. 2012. 38, N 3-5. 1133-1147.
  6. Maitland G.C., Rigby M., Smith E.B., Wakeham W.A. Intermolecular forces: their origin and determination. Oxford: Clarendon Press, 1987.
  7. Poling B.E., Prausnitz J.M., O’Connell J.P. The properties of gases and liquids. New York: McGraw-Hill, 2001.
  8. Taylor R., Krishna R. Multicomponent mass transfer. New York: Wiley, 1993.
  9. Cussler E.L. Diffusion: mass transfer in fluid systems. New York: Cambridge University Press, 1997.
  10. Nwobi O.C., Long L.N., Micci M.M. Molecular dynamics studies of thermophysical properties of supercritical ethylene // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. 1999. 13, N 3. 351-354.
  11. Fischer J., Lustig R., Breitenfelder-Manske H., Lemming W. Influence of intermolecular potential parameters on orthobaric properties of fluids consisting of spherical and linear molecules // Molec. Phys. 1984. 52, N 2. 485-497.
  12. Zhang Z., Duan Z. Phase equilibria of the system methane-ethane from temperature scaling Gibbs ensemble Monte Carlo simulation // Geochim. Cosmochim. Acta. 2002. 66, N 19, 3431-3439.
  13. http://combustion.berkeley.edu/soot/ mechanisms/abf+files/abf+transport.dat
  14. Jasper A.W., Miller J.A. Lennard-Jones parameters for combustion and chemical kinetics modeling from full-dimensional intermolecular potentials // Combust. Flame. 2014. 161, N 1. 101-110.
  15. Nurislamova L.F., Stoyanovskaya O.P., Stadnichenko O.A., et al. Few-step kinetic model of gaseous autocatalytic ethane pyrolysis and its evaluation by means of uncertainty and sensitivity analysis // Chem. Prod. Process Model. 2014. 9.
    doi 10.1515/cppm-2014-0008
  16. Засыпкина О.А., Стояновская О.П., Черных И.Г. Разработка и применение программных средств для оптимизации построения моделей реагирующих сред // Вычислительные методы и программирование. 2008. 9. 19-25.
  17. Chernykh I., Stoyanovskaya O., Zasypkina O. ChemPAK software package as an environment for kinetics scheme evaluation // Chemical Product and Process Modeling. 2008. 4, N 4.
    doi 10.2202/1934-2659.1288
  18. Кирьянов Д.В., Кирьянова Е.Н. Вычислительная физика. М.: Полибук Мультимедиа, 2006.
  19. Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Бабаш С.Е. и др. Пиролиз углеводородного сырья. М.: Химия, 1987.
  20. Физические величины / Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: Энергоатомиздат, 1991.
  21. Таблица физических величин / Под ред. Кикоина И.К. М.: Атомиздат, 1976.