热等离子体裂解甲烷制乙炔过程的数值模拟

论文摘要

针对热等离子体甲烷裂解过程,建立了直流电弧反应器的数值模型,使用磁流体力学理论对反应器内的电弧和流场进行数值模拟,考察了电弧运动变化的规律和射流场特点,并分别耦合热力学平衡模型和宏观动力学模型探索了裂解反应的特点及其与电弧的相互影响关系。结果表明反应器内电弧做规律运动和形态变化,惰性无反应气氛下电弧形态变化不显著,运动平稳。放电区发生反应时,一方面气体的组成及热力学性质发生迅速变化,气体放电特性受到影响,等离子体的稳定性下降,化学反应是等离子体不稳定性的重要来源。另一方面,反应和扩散的特征时间小于电弧运动变化的特征时间,各物质在空间的分布较为均匀,受温度场非均匀性的影响较小,模拟的甲烷转化率和乙炔收率与实验结果相近。本工作尤其是等离子体物理模型与甲烷裂解化学反应模型的耦合,为理解热等离子体裂解相关过程提供了直接的帮助和指导。

论文目录

• 1 物理模型的数学描述
•   1.1 模型简化与假设
•   1.2 磁流体力学理论与控制方程
•   1.3 反应模型
•     1.3.1 热力学平衡模型
•     1.3.2 宏观动力学模型
•   1.4 计算域和边界条件
• 2 模拟结果与讨论
•   2.1 模型验证
•   2.2 热力学平衡模型下的等离子体裂解过程
•     2.2.1 含甲烷载气与惰性载气放电特性的不同
•     2.2.2 含甲烷载气与惰性载气热力学性质的差异
•     2.2.3 载气流量与电流设定值的影响
•   2.3 宏观动力学模型下的等离子体甲烷裂解过程
•     2.3.1 反应对等离子体的影响：宏观动力学模型下的放电特性
•     2.3.2 等离子体对反应的影响：各组分体积分数的空间分布
• 3 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 李天阳,安航,李岳,REHMET Christophe,程炎,程易

关键词: 甲烷,乙炔,热等离子体,电弧稳定性,磁流体力学

来源: 化工进展 2019年08期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 有机化工

单位: 清华大学化学工程系

基金: 中国石油天然气集团有限公司石油化工研究院项目(16-03-03-05)

分类号: TQ221.242

DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2436

页码: 3572-3582

总页数: 11

文件大小: 3916K

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