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基于碰撞理论的格子Boltzmann化学反应等温质量扩散模拟算法。 (英语) Zbl 1266.76057号

摘要:当寻求精确的点态介观尺度解时,晶格玻尔兹曼方法(LBM)为模拟复杂几何中的质量传输和化学反应提供了一个框架。本文提出了一种基于碰撞理论的算法,用于确定LBM中碰撞步骤中的化学反应速率。该模型用简单的分析解针对三个等温问题进行了验证:一级和二级均相化学反应的间歇反应器,以及一维质量扩散和表面(非均相)化学反应的圆柱形孔。与分析溶液相比,LBM模拟的结果在1%以内,这为模拟详细的化学反应机制提供了一个良好的机会。

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76伏05 流动中的反应效应
76米28 粒子法和晶格气体法

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参考文献:

[1] Kaviany,M.,多孔介质中的传热(1995),Springer·Zbl 0889.76002号
[2] Whitaker,S.,《多孔介质中的传输》(1999),Kluwer学术出版社
[3] Brenner,H.,通过空间周期性多孔介质的流动产生的弥散,Phil.Trans。R.Soc.A,297,81-133(1980)·Zbl 0442.76076号
[4] 卡布氏菌,R.G。;Whitaker,S.,《脉冲系统中的色散II:多孔介质中被动色散的理论发展》,《化学》。工程科学。,38, 1795-1802 (1983)
[5] Auriault,J.L.,《多孔介质中的Taylor弥散:多重尺度扩展分析》,《高级水资源》。,18, 217-226 (1995)
[6] 昆塔尔,M。;Whitaker,S.,有序和无序多孔介质中的传输II:广义体积平均。多孔介质中的传输。多孔介质,14163-177(1994)
[7] 昆塔尔,M。;Whitaker,S.,有序和无序多孔介质中的传输III:理论和实验的闭合和比较,Transp。多孔介质,14179-206(1994)
[8] 昆塔尔,M。;卡维尼,M。;Whitaker,S.,《多孔介质传热的双介质处理:有效特性的数值结果》,《高级水资源》。,20, 77-94 (1997)
[9] 艾德萨特,A。;Carbonell,R.G。;惠特克,S。;Herrmann,L.R.,《脉冲系统中的色散III:填充床理论和实验的比较》,《化学》。工程科学。,38, 1803-1816 (1983)
[10] Kim,J.H。;Ochoa,J.A。;Whitaker,S.,各向异性多孔介质中的扩散,Transp。多孔介质,2327-356(1987)
[11] Quintard,M.,《各向同性和各向异性多孔系统中的扩散:三维计算》,Transp。多孔介质,11189-199(1993)
[12] 维尼基,M。;Birgersson,E.,聚合物电解质燃料电池阴极中多组分传质模型的分析,SIAM J.Appl。数学。,63, 1392-1423 (2003) ·Zbl 1038.76051号
[13] Roos,M。;巴塔维,E。;Harnisch,美国。;Hocker,T.,用体积平均法对燃料电池堆进行有效模拟,J.Power Sources,11886-95(2003)
[14] 昆塔尔,M。;Bletzacker,L。;Chenu,D。;Whitaker,S.,《多孔介质中的非线性多组分质量传输》,《化学》。工程科学。,61, 2643-2669 (2006)
[15] Kerkhof,P.J.A.M.,《惰性膜传输的修正Maxwell-Stefan模型:二元摩擦模型》,《化学》。《工程师杂志》,64,319-343(1996)
[16] 科尔霍夫,P.J.A.M.,《一些嗅觉问题的新解:重温斯特凡管、格雷厄姆定律和波桑基方程》,印度工程化学。决议,36,915-922(1997)
[17] Sahraoui,M。;Kaviany,M.,《多孔平面介质界面的滑移和无滑移温度边界条件:对流》,《国际热质传递杂志》,371029-1044(1994)·Zbl 0900.76627号
[18] 梅泽杜,M。;卡维尼,M。;Moore,W.,孔结构、随机性和尺寸对有效质量扩散率的影响,AIChE J.,48,15-24(2002)
[19] Nam,J.H。;Kaviany,M.,单层和双层PEMFC扩散介质中的有效扩散率和水饱和度分布,《国际传热传质杂志》,46,4595-4611(2003)
[20] 巴斯丘克,J.J。;Xiangoo,L.,PEM燃料电池的全面、一致和系统的数学模型,应用。能源,86,181-193(2009)
[21] 张,L。;Seaton,N.A.,《连续方程在孔隙网络扩散和反应中的应用》,《化学》。《工程师杂志》,49,41-50(1994)
[22] 阿尔瓦拉多五世。;Davis,H.T。;Scriven,L.E.,多孔介质中孔级反应对分散的影响,化学。工程科学。,52, 2865-2881 (1997)
[23] Coppens,M。;弗罗姆,G.F.,分形催化剂孔II中的扩散和反应。扩散和一级反应,化学。工程科学。,50, 1027-1039 (1995)
[24] 奥利维拉,A.A.M。;Kaviany,M.,多孔介质中燃烧过程中热量和反应物传输的非平衡,Prog。能源燃烧。科学。,27, 523-545 (2001)
[25] 陈,S。;Doolen,G.D.,流体流动的格子Boltzmann方法,年度。流体力学版次。,30, 329-364 (1998) ·兹比尔1398.76180
[26] 努尔加列夫,R.R。;Dinh,T.N。;Theofanous,T.G。;Joseph,D.,《格子Boltzmann方程方法:理论解释、数值和含义》,国际J·Multiph出版社。流量,29117-169(2003)·Zbl 1136.76594号
[27] 麦克纳马拉,G.R。;Zanetti,G.,《使用玻尔兹曼方程模拟晶格气体自动机》,Phys。修订稿。,61, 2332-2335 (1988)
[28] 何,X。;罗,L.,晶格玻尔兹曼方法理论:从玻尔兹曼方程到晶格玻尔茨曼方程,物理学。E版,56,6811-6817(1997)
[29] Abe,T.,《利用离散纵标法推导晶格Boltzmann方法求解Boltzman方程》,J.Compute。物理。,131, 241-247 (1997) ·Zbl 0877.76062号
[30] 菲利普,P.C。;洛杉矶黑格尔。;多斯桑托斯,L.O.E。;Sumas,R.,《从连续到格子Boltzmann方程:离散化问题和热模型》,Phys。版本E,73,056702(2006)
[31] 珊,X。;袁,X。;Chen,H.,《流体动力学的动力学理论表示:一种超越Navier-Stokes方程的方法》,《流体力学杂志》。,550, 413-441 (2006) ·Zbl 1097.76061号
[32] Bhatnagar,P.L。;毛重,E.P。;Krook,M.,气体碰撞过程模型。I.带电和中性单组分系统中的小振幅过程,Phys。版次:94,511-525(1954)·Zbl 0055.23609号
[33] Noble,D.R。;陈,S。;Georgiadis,J.G。;Buckius,R.O.,晶格玻尔兹曼方法的一致流体动力学边界条件,Phys。流体,7203-209(1995)·Zbl 0846.76086号
[34] 邹,Q。;He,X.,关于格子Boltzmann-BGK模型的压力和速度流动边界条件和反弹,Phys。流体,91591-1598(1997)·Zbl 1185.76873号
[35] 珊,X。;Chen,H.,模拟多相多组分流动的格子Boltzmann模型,Phys。E版,471815-1820(1993)
[36] 珊,X。;Chen,H.,通过晶格Biltzmann方程模拟非理想气体和液气相变,物理学。版本E,49,2941-3620(1994)
[37] 珊,X。;Doolen,G.,多元晶格Boltzmann方程模型中的扩散,物理学。E版,54,3614-3620(1996)
[38] 阿西迪亚科诺,S。;曼扎拉斯,J。;Karlin,I.V.,催化反应的格子Boltzmann模拟,物理学。版本E,78,046711(2008)
[39] Flekkoy,E.G.,可混溶流体的Lattice Bhatnagar-Gross-Krook模型,物理。版本E,47,4247-4257(1993)
[40] 沙利文,S.P。;萨尼,F.M。;Johns,M.L。;Gladden,L.F.,使用格子Boltzmann方法模拟填充床反应器,化学。工程科学。,603405-3418(2005)
[41] Zeiser,T。;Lammers,P。;克莱姆,E。;李永伟。;伯恩斯多夫,J。;Brenner,G.,用格子Boltzmann方法计算催化剂填充管中的流动、分散和反应,化学。工程科学。,56, 1697-1704 (2001)
[42] 道森,S.P。;陈,S。;Doolen,G.D.,《反应扩散方程的格子Boltzmann计算》,J.Chem。物理。,98, 1514-1523 (1993)
[43] Yu,H。;罗,L。;Girimaji,S.S.,使用晶格玻尔兹曼方法的标量混合和化学反应模拟,国际期刊计算。科学。工程,373-87(2002)
[44] 山本,K。;北高田。;Misawa,M.,用格子Boltzmann方法模拟三维多孔结构中的燃烧,Proc。库布斯特。研究所,1509-1515(2005)
[45] Benson,S.W.,《化学动力学基础》(1960),McGraw-Hill
[46] Wichura,M.J.,《241算法:正态分布的百分点》,应用。Stat.,37,477-484(1988)
[47] Leva,J.L.,快速正态随机数生成器,ACM Trans。数学。软件,18449-453(1992)·兹伯利0893.65002
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