6.3　非绝热条件下的模拟分析

由于在试验过程主要通过冷却水系统的温升，对反应器的散热进行了间接性的测量，因此本节中的模拟部分也将在非绝热条件下进行，同时将考虑利用同三相交流等离子体反应器相同的壁厚及材料特性并考虑反应器内的辐射过程。本部分所选用的辐射模型为Fluent中的DTRM模型，最后将此条件下的模拟结果同非绝热条件下未考虑辐射模型的模拟结果以及试验结果进行对比。

DTR M（离散传递辐射模型）模型是Fluent软件提供的几种辐射模型中的一种，其假设离开表面元的辐射能在某一范围内的立体角中被一单独的射线表示［65］。因而该射线越多，模拟的结果越精确，但是会增大计算机的运算开销。在本模拟的DTRM模型设置中，选择20个theta分隔和20个phi分隔。反应器等离子体区和反应区的壁面导热系数由组成该壁面的各种材料的导热系数平均值表示，其值以及各部分的边界条件见表6-1。

表6-1　考虑DTRM辐射模型后的模型边界条件

图6-9是在非绝热条件下考虑DTRM辐射模型的温度分布曲线。从图中可以看到，尽管沿反应器中心线的最高温度达到将近9000K，但是反应器内壁面的最高温度在3000K附近，该温度还是在石墨材料的耐热极限温度范围之内。图6-10为在非绝热条件下考虑和未考虑DTRM辐射模型的反应器内壁面温度分布曲线。两者在开始阶段几乎可以重合，但是随后考虑DTRM辐射模型的反应器内壁面温度要明显小于未考虑DTRM辐射模型的结果，这是因为考虑到辐射后反应器的散热加大，且该结果也更接近于实际情况，尤其是在高温环境下。因此在本章的模拟中不能忽略辐射对模拟结果的影响。

图6-9　非绝热条件下考虑DTRM辐射模型的温度分布曲线

图6-10　反应器内壁温度在考虑和未考虑DTRM辐射模型下的温度分布比较

表6-2为在非绝热条件下考虑DTRM辐射模型的反应器各部分热通量，从表中可以看到，反应区中的散热损失要高于等离子体区的散热损失，这一结果同试验的结果刚好相反，反应区热损失同等离子体区的热损失比为1.648。

表6-2　考虑DTRM辐射模型的反应器各部分热通量