Применение вычислительной гидродинамики для разработки теории структурированных высокотемпературных каталитических систем

В Институте катализа им Г.К. Борескова СО РАН выполнено моделирование гидродинамики реагирующих газовых потоков в структурированных монолитных катализаторах при протекании экзотермической гетерогенной реакции с использованием методов СFD (Computer Fluid Dynamics). Изучение влияния распределения скоростей течения реакционного газа на интенсивность тепло- и массообмена и скорость каталитического превращения реагентов проведено с использованием пакета вычислительной гидродинамики Fluent-6 на основе решения системы 3-х-мерных уравнений Навье-Стокса. На примере реакции окисления метана получено пространственное распределение скоростей газового потока, температур и концентраций реагентов в каналах и стенках сотовой частицы катализатора с проницаемыми стенками.

Показано, что по всей длине блока не происходит стабилизации потока газа. Интенсивная перестройка потока наблюдается вблизи входа в канал, что приводит к высоким локальным скоростям процессов переноса и проникновению реагирующего потока внутрь пористой структуры через фронтальную поверхность блока, обуславливая высокие градиенты скоростей реакции и температур в начальной части монолита.

Развитие теории структурированных каталитических систем с применением вычислительной гидродинамики позволит сформулировать условия для разработки оптимальных форм и размеров структурированных катализаторов и реализации устойчивых оптимальных технологических режимов, что особенно важно при разработке высокоэкзотермических процессов.

Исполнители: Кленов О.П., Покровская С.А., Чумакова Н.А.