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1 理论基础1

1.1 化学反应速率1

1.1.1 化学反应与化学计量关系1

1.1.2 反应速率及其表达式2

1.2 流体-固体反应的主要步骤和主要动力学参数3

1.2.1 流体-固体反应的主要步骤3

1.2.2 表面活化能3

1.2.3 表面反应级数4

1.3 反应速率理论简介5

1.3.1 简单碰撞理论5

1.3.2 过渡状态理论7

1.4 宏观反应动力学9

符号及其意义11

参考文献12

2 固体表面与流体间的传质与传热13

2.1 固体表面与流体间的传递现象和基本规律13

2.1.1 固体表面与流体间的传质速率14

2.2.2 固体表面与流体间的传热速率14

2.2 传热系数与传质系数15

2.2.1 单一球形颗粒表面与流体间的传热、传质系数15

2.2.2 气体主要物理性质估算方法16

2.2.3 其它形状固体表面与流体间的传热、传质系数20

2.3 辐射传热21

2.3.1 黑体辐射定律21

2.3.2 实际物体的辐射规律22

符号及其意义23

参考文献23

3 多孔固态介质中的传递现象25

3.1 多孔固态介质结构与气体在其中扩散机理25

3.1.1 均相内扩散25

3.1.2 通过多孔固态介质扩散26

3.2 扩散系数及其估算方法29

3.2.1 气体有效扩散系数29

3.2.2 固体和流体中的扩散系数30

3.3 多孔固态介质中的导热现象与有效导热系数33

3.3.1 导热规律33

3.3.2 有效导热系数34

符号及其意义35

参考文献36

4 吸附现象、晶核形成与长大规律38

4.1 吸附现象及其基本规律38

4.1.1 吸附等温方程式39

4.1.2 吸附、脱附速率方程式41

4.2 多相催化反应动力方程的建立方法42

4.2.1 表面化学反应为速率限制步骤的情况43

4.2.2 吸附或脱附为速率限制步骤的情况44

4.2.3 吸附、化学反应和脱附共同控制的情况45

4.3 晶核形成与长大规律46

4.3.1 阿乌拉米(Avrami)方程46

4.3.2 普劳特-汤姆金(Prout-Tompkins)方程48

4.3.3 说明与评述49

符号及其意义50

参考文献50

5 界面反应模型51

5.1 无固态产物层时的界面反应模型52

5.1.1 准稳态假定52

5.1.2 动力学方程的一般形式53

5.1.3 外传质步骤控制时的动力学方程55

5.1.4 界面化学反应控制时的动力学方程56

5.2 有固态产物层生成时的界面反应模型57

5.2.1 动力学方程的一般形成58

5.2.2 几种极端情况下的简化动力学方程59

5.2.3 反应时间加合定律与缩核反应模数60

5.2.4 动力学参数的确定方法62

5.2.5 速率限制性环节与阻力分数64

5.3 多界面反应模型65

5.3.1 二界面反应模型65

5.3.2 三界面反应模型69

5.4 对基本动力学模型的几点扩充73

5.4.1 非线性反应动力学73

5.4.2 固态试样体积变化时的动力学方程74

符号及其意义75

参考文献76

6 区域反应模型77

6.1 二区域反应模型78

6.1.1 第一阶段动力学方程78

6.1.2 第二阶段动力学方程82

6.1.3 分析讨论85

6.2 三区域反应模型86

6.2.1 基本动力学方程86

6.2.2 气态反应物浓度分布90

6.2.3 动力学模型适用条件及其判断依据91

6.2.4 动力学参数的确定方法92

符号及其意义92

参考文献93

7 微粒模型94

7.1 基本动力学方程95

7.1.1 由球形微业组成的球团参与的多相反应体系95

7.1.2 动力学微分方程的一般形式97

7.2 动力学微分方程的求解99

7.2.1 极端情况99

7.2.2 Fg=1时动力学方程解析表达式99

7.2.3 一般情况下微分方程的数值解102

7.3 动力学方程的近似表达式104

7.3.1 忽略外传质阻力时的动力学方程近似表达式104

7.3.2 气体通过边界层的传质阻力的影响105

7.3.3 微粒的固态产物层对气-固反应动力学的影响105

符号及其意义106

参考文献107

8 孔隙模型108

8.1 单孔模型109

8.1.1 动力学方程的建立109

8.1.2 主要参数确定方法113

8.1.3 最大转化率115

8.2 随机孔隙模型115

8.2.1 随机孔隙模型的建立115

8.2.2 分析讨论118

8.3 孔穴阻塞模型和裂孔模型120

8.3.1 孔穴阻塞模型120

8.3.2 裂孔模型120

符号及其意义124

参考文献124

9. 非稳态宏观反应动力学126

9.1 非等温动力学模型127

9.1.1 非等温动力学模型的建立127

9.1.2 固态试样内部温度分布及其随时间变化情况129

9.1.3 固态试样内部蓄积热能对热平衡的影响131

9.2 压差现象与压差模型132

9.2.1 压差模型的建立132

9.2.2 主要参数的确定方法134

9.2.3 压差对反应速率的影响135

9.2.4 压差对气-固反应动力学规律的影响136

9.2.5 数值分析与主要结论138

9.3 多相非催化反应中的不稳定性问题142

9.3.1 几何不稳定性142

9.3.2 介稳态温度引起的热不稳定性143

9.3.3 速率限制性环节突然变化引起的热不稳定性144

符号及其意义145

参考文献146

10 数值计算方法简介148

10.1 差分方程的建立148

10.1.1 泰勒(Taylor)级数法148

10.1.2 控制体积法149

10.2 建立差分方程时应遵守的四条原则150

10.3 边界条件和源项的处理151

10.3.1 边界条件的处理151

10.3.2 源项的线性化153

10.4 控制体积交界处的传递系数值153

10.5 显式迭代和隐式迭代154

10.5.1 全显示迭代155

10.5.2 半显半隐式迭代155

10.5.3 全隐式迭代156

参考文献156