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第1章 绪论1

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10

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35

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Ⅰ38

3.3.4 一维冶金反应器内传热-传质-化学反应数学模型Ⅱ39

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54

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67

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ζ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84

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92

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