What Does the Modelling of Reactive Flows Ask of Cfd ?

Que demande la modélisation des flux réactifs à la CFD ?

ETH Zurich

Abstract

This contribution emphasises physically based models for the mixing-reaction coupling. The fluid mechanical information needed to implement such models can then be identified. A semi-batch stirred tank reactor carrying out the competitive-consecutive reactions A + B = R; R + B = S is considered. Reagent A is in the tank and B is added so slowly that it mixes with the tank's average contents. Only micromixing then determines the product distribution between R and S, whereby segregation promotes S. The second topic is micromixing when the concentrations in the surroudings of the reaction zones are determined by mesomixing i. e. mixing which is intermediate in scale between that of micromixing and that of the whole vessel. Fresh B, emerging from a feed pipe, is transported by the local velocity field and dispersed transverse to its local streamline by turbulent diffusion. Dispersion gives an intermingling of A (from surroundings) and B (from feed pipe) which is coarse relative to the dissipation scales.

Résumé

L'auteur souligne l'intérêt des modèles à base physique pour étudier le couple mélange-réaction. Leur utilisation permet d'identifier les données de mécanique des fluides nécessaires pour réaliser de tels modèles. L'expérience utilise une cuve agitée semi-fermée uniforme (semi-batch) où s'effectuent deux réactions concurrentes et consécutives : A + B = R et R + B = S. Le réacteur contient le réactif A, et le réactif B, ajouté très lentement, se mélange au contenu moyen du réacteur. Seul le micro-mélange détermine la répartition du produit entre R et S, la ségrégation favorisant S. Le second sujet d'étude est le micro-mélange dans le cas où la concentration aux alentours des zones de réaction est déterminée par méso-mélange, c'est-à-dire un type de mélange à une échelle intermédiaire entre micro-mélange et mélange de la totalité du récipient. Le réactif B, injecté directement par un tube d'alimentation, est transporté par le champ de vitesse local et dispersé perpendiculairement à sa direction locale par un phénomène de diffusion turbulente. La dispersion provoque un mélange de A (provenant du milieu environnant) et de B (provenant du tube d'alimentation) relativement grossier par rapport aux échelles de dissipation.