湍流非催化性逆水煤气反应的高分辨率数值模拟
流体动力学
2026-02-10 v1 软凝聚态物质
摘要
航空业的绿色转型需要大规模扩张可持续航空燃料 (SAF)。电力至液体工艺用于生产经电力驱动的 CO2 中性航空燃料（称为 e-SAF），可直接取代传统化石燃料，无需更改基础设施、飞机或喷气发动机。该工艺将绿色氢气与工业排气或捕获的二氧化碳结合，形成循环经济概念。e-SAF 生产设施的关键环节是制备合成气的反应器。传统反应器采用催化技术，但因催化剂性能随时间衰减、堵塞以及因脆化导致的破碎等问题面临严峻挑战。一种高潜力的替代方案是无催化剂的逆水煤气 (RWGS) 反应器概念。本文的主要目标是探讨无催化剂 RWGS 过程的基本问题，如反应动力学及湍流与化学之间的相互作用。次要目标是识别经大尺度湍流模拟 (LES) 所采用的典型燃烧次网格模型在化学反应为放热时表现如何，与经典燃烧强放热性质不同。研究发现，即使 CO2 流中掺有极少量 O2，也能显著提高 CO 产率。这归因于 OH 中间体的增加。该效应在大气压下最为显著，在更高压下则不显著。通过利用时序喷流框架研究湍流-化学相互作用，采用 Damkohler 数和化学时间尺度的代数方程来预测湍流中 CO 转化时间。最后，结论是为放热逆水煤气反应设计的 PaSR LES 次网格模型也能良好地适用于此类放热反应。
引用
@article{arxiv.2602.08365,
title = {High-resolution numerical simulations of turbulent non-catalytic reverse water gas shift},
author = {Nils Erland L. Haugen and Axel Brandenburg and Ewa Karchniwy and Ole Hauke Heinz Meyer and Åsmund Ervik and Hursanay Fyhn and Ladan Samaei and Bjørn Bringedal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.08365},
year = {2026}
}