张保森，郭培红，朱建安

（1.河南理工大学机械与动力工程学院，河南 焦作 454000；2.昊华宇航化工有限责任公司，河南 焦作 454000）

氯化氢合成炉是用作氯气和氢气混合燃烧反应的设备。氯气和氢气以一定比例在炉内燃烧生成氯化氢气体，化合反应时的温度达2 000 ℃以上，每生成1 kg 气态氯化氢放出2 522.85 kJ 的反应热[1]。对合成炉内部燃烧情况进行分析，研究其反应热的分布规律，对合成炉的结构设计以及充分利用反应热具有重要意义。

本文以氯碱化工行业常见的100 t/d 合成炉为研究对象，采用计算流体力学的方法，对其进行数值模拟，得到其内部燃烧的速度、温度场及其质量分数的分布图，并对其进行分析，为其反应热利用效率，换热面积的设计提供指导。

1 数学模型及基本方程

1.1 几何模型及网格划分

模拟反应炉直径为1.4 m，反应室高度为15 m。几何模型见图1，为简化分析，建立轴对称模型。合成炉喷口为3层套管结构，其中，中间层套管喷氯气，内层和外场喷氢气。图2为合成炉轴对称结构网格模型，所有单元数量为32万个，控制单元数量30万个。

1.2 数学模型

流体力学基本方程组包括连续性方程、运动方程、组分质量守恒方程、能量方程、本构方程、状态方程及通用形式守恒方程。其通用形式为：

式中，φ 为通用变量，u，v，w，T 代表等求解量；Γφ为广义扩散系数；Sφ为广义源项，从左至右依次为瞬态项、对流项、扩散项和源项。对于特定的方程，φ、Γφ和Sφ具有特定的形式，表1给出了这3个符号与各特定方程的对应关系。

图1 模拟反应炉几何模型