反应速率的UDF实现与软件自带结果对比（三）

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1 前言

前期推送了多个关于燃烧和化学反应的案例，从应用范围来讲，通用有限速率模型适应更多的应用场景。比如在氢能行业，关于燃料电池电化学的模拟、关于重整制氢的模拟等等，就需要考虑详细的化学反应。因此，我们觉得有必要对详细化学反应的模拟做一些更深入的探讨，接下来我们以一个具体的例子，上一个案例研究了FLUENT的DEFINE_VR_RATE宏求解详细化学反应的关键内容，今天用一个更底层的UDF来求解这个问题。

2 反应案例

我们考虑以下的化学反应，这是甲烷蒸汽重整制氢的反应之一，反应焓等于摩尔加权的反应物和生成物的生成焓之差，本反应的反应焓为正直，说明是一个吸热反应。

FLUENT材料物性的标准状态焓就是材料的生成焓，单位为J/kmol，因此本反应的反应焓转化为FLUENT的反应焓就是206.3×10⁶J/kmol。这个反应的字面理解就是每消耗1kmol的CH4或者每消耗1kmol的H2O或者每生成1kmol的CO或者每生成3kmol的H2，需要吸收206.3×10⁶J的能量。当然，也可以理解为每消耗1/3kmol的CH4或者每消耗1/3kmol的H2O或者每生成1/3kmol的CO或者每生成1kmol的H2，需要吸收1/3×206.3×10⁶J的能量，也即是前文所述的反应焓是摩尔加权计算结果，注意数值上一定要对应。通用有限速率模型中，FLUENT通过在能量方程中增加由于化学反应产生的源项来计算反应热，式5.10中各项的单位为S_h,rxn:W/m3，h_j:J/kmol、Mj:kg/kmol、R_j:kg/m³s。

该式也等效于ΔH(J/kmol)×R(kmol/m³s)。

我们假定反应速率如下，反应速率式的各个变量、各个指数的单位与FLUENT的单位吻合。另外，根据反应式，我们可以得出各个组分的摩尔速率关系为：r_CH4=r_H2O=r_CO=r_I，r_H2=3r_I。也就是各组分摩尔速率之比就等于化学计量数之比，这是化学反应基本常识。