CFD-DEM模型优化气固催化反应流动：复杂系统性能解析

气固催化反应流动的CFD-DEM模拟研究探讨了一种创新的模型框架，由清华大学化学工程系的吴昌宁、丁宇龙等人提出。该框架结合了计算流体力学(CFD)和离散元方法(DEM)，旨在精确模拟复杂气固催化反应流动系统中的动态行为。CFD负责处理气相的流动和传递，通过 Navier-Stokes 方程来描述气体的流动特性，而 DEM 则用于模拟颗粒相的运动，包括颗粒间的传热、气固相间的传热以及催化剂的瞬态失活过程。 在这个研究中，特别关注了石油催化裂化(FCC)过程，这是一种关键的化工过程，其中催化剂的性能对最终产物如汽油和低碳烯烃的选择性有重大影响。作者构建了一个完整的CFD-DEM反应流模型，考虑了颗粒间和气固相间的热量传递，以及催化剂的4集总动力学模型。通过模拟在不同剂油比下的二维提升管和下行式反应器内的FCC过程，研究人员能够深入理解流动结构、颗粒混合对反应器性能的影响。 模型的应用展示了其在揭示流动行为和催化反应行为方面的优势，这对于优化反应器设计和控制催化过程具有实际价值。此外，这种方法不仅适用于FCC过程，还能扩展到其他气固相催化和非催化过程的精细描述，具有广泛的适用性和研究潜力。 关键词包括化学反应工程、反应流模拟、CFD-DEM、气固催化反应器、催化裂化、催化剂失活等，表明了该研究在跨学科领域的前沿地位。中图分类号TQ019，文献标识码A，强调了其在学术界的重要性和潜在的影响力。 这项工作为理解和优化气固催化反应系统的流动特性提供了强大的工具，对于提高能源转化效率和产品质量具有重要意义。