本书以进行气固非催化反应的填充床反应器为研究对象,将计算流体力学、传递原理、冶金反应工程学、非平衡态热力学、多尺度方法与实验相结合。内容包括填充床内多尺度耦合问题概述、固定床中反应与传质的耦合模拟、吸热反应体系热质耦合模拟、柱坐标下反应与传热传质的耦合问题、应用非平衡态热力学研究填充床内的耦合扩散效应、反应机制对热质耦合问题的影响、基于离散体假设的多尺度模拟方法等。
本书可作为高等学校冶金与化工、材料、环境等专业本科生及研究生教材,也可供冶金、化工行业工程技术人员参考。

第1 章　绪论
1.1　填充床内多尺度耦合问题的研究意义 1
1.2　数学物理模拟研究方法的作用 2
1.3　多孔介质传递问题的研究现状和发展方向 3
　1.3.1　多孔介质中的流体流动 4
　1.3.2　多孔介质中的传热传质 5
　1.3.3　多孔填充床中反应与传递过程的耦合 7
1.4　研究内容 9
第2 章　固定床中反应与传质耦合模拟
2.1　引言 10
2.2　物理模型 10
2.3　化学反应源汇项的推导 11
　2.3.1　化学反应的宏观动力学 11
　2.3.2　微元体反应动力学方程 13
2.4　描述填充床内传输过程的基本方程 15
　2.4.1　基本方程式 15
　2.4.2　流体流动方程 15
2.5　多孔介质气固反应体系内传递过程的解析 16
　2.5.1　数学模型 16
　2.5.2　定解条件 18
　2.5.3　数学模型的离散求解 18
　2.5.4　各参数确定 24
　2.5.5　模型验证与比较 24
2.6　结果分析和讨论 25
　2.6.1　渗流速度的影响 26
　2.6.2　化学反应速率的影响 27
　2.6.3　反应器尺寸的影响 28
　2.6.4　颗粒半径的影响 29
2.7　第三类出口边界条件下的模型解析 30
　2.7.1　数学模型 30
　2.7.2　数值求解 30
　2.7.3　结果分析与讨论 31
2.8　本章小结 34
第3 章　吸热反应体系热质耦合模拟
3.1　引言 35
3.2　问题描述(物理模型) 35
3.3　数学模型建立 36
　3.3.1　化学反应源汇项的数学描述 36
　3.3.2　煅烧程度 38
　3.3.3　一维冶金反应器内传热- 传质- 化学反应数学模型Ⅰ 38
　3.3.4　一维冶金反应器内传热-传质-化学反应数学模型Ⅱ 39
　3.3.5　模型定解条件 40
3.4　数学模型的求解 40
　3.4.1　控制方程的离散 40
　3.4.2　边界条件的处理 43
　3.4.3　离散方程的矩阵形式 44
3.5　迭代求解方法和程序框图 46
　3.5.1　迭代式求解方法 46
　3.5.2　程序流程图 47
3.6　模型验证和比较 48
3.7　计算结果与讨论 48
　3.7.1　入口渗流速度的影响 49
　3.7.2　对流传热系数的影响 49
　3.7.3　颗粒半径的影响 50
　3.7.4　非稳态项的影响 52
　3.7.5　入口气体温度的影响 52
3.8　本章小结 53
第4 章　柱坐标下反应与传热传质耦合问题的研究
4.1　引言 54
4.2　问题描述(物理模型) 54
4.3　数学模型建立 54
　4.3.1　流体流动的数学描述 54
　4.3.2　柱坐标下冶金反应器内传输过程的基本方程 55
　4.3.3　模型求解条件 55
4.4　数学模型求解 56
　4.4.1　区域离散和节点划分 56
　4.4.2　控制方程的离散 56
　4.4.3　程序流程图 59
4.5　模型验证 60
4.6　计算结果讨论 62
　4.6.1　各物理量场的分布情况 62
　4.6.2　主要控制参数对反应器特性的影响 64
4.7　本章小结 66
第5 章　吸热反应体系内耦合扩散效应研究
5.1　引言 67
5.2　建立数学模型 67
　5.2.1　控制方程的建立 68
　5.2.2　化学反应速率ξ 的表达式 70
　5.2.3　固体转化率的求解 70
5.3　计算参数的确定 71
　5.3.1　反应平衡常数K 的求解 71
　5.3.2　唯象系数l 的确定 71
　5.3.3　Soret 系数(D ′)和Dufour 系数(D ″) 72
5.4　模型求解 72
　5.4.1　数值离散 72
　5.4.2　程序框图 78
5.5　实例计算和讨论 79
　5.5.1　耦合扩散效应影响程度与渗流速度的关系 79
　5.5.2　耦合扩散效应影响程度与入口气体初始温度的关系 80
　5.5.3　耦合扩散效应影响程度与反应器尺寸的关系 81
　5.5.4　耦合扩散效应影响程度与孔隙率的关系 82
5.6　本章小结 83
第6 章　反应机制与耦合扩散效应
6.1　引言 84
6.2　物理模型 84
6.3　综合反应速率 85
　6.3.1　传热控制机制 85
　6.3.2　传质控制机制 85
6.4　控制方程 86
6.5　验证分析 87
6.6　结果分析讨论 87
6.7　本章小结 91
第7 章　多孔填充床反应特性的多尺度模拟
7.1　引言 92
7.2　模型建立 92
　7.2.1　物理模型 92
　7.2.2　数学模型 93
　7.2.3　跨尺度联系 95
7.3　数值求解 95
7.4　多尺度模拟结果分析 95
7.5　本章小结 98
参考文献