题目：Sabatier反应器热控制仿真研究

    Sabatier还原法是一种重要的CO2还原技术，目前主要应用于空间站以及潜水艇的环控生保系统中。由于国内外针对Sabatier反应的仿真研究很少，仅少数国外学者进行过一维的计算，因此本文研究的三维Sabatier反应器CFD仿真属于比较新颖的研究内容，对今后此领域的实验研究有预测与理论支持的作用，对仿真研究有借鉴参考的作用。本文的研究方向内容包括以下五点：

    1、CO2还原方法研究现状调研。本部分旨在了解Sabatier还原法所处的技术地位，以体现文章研究内容的必要性。通过调研NASA的相关报告，总结了CO2还原法的发展路线；根据最新的Sabatier反应的相关研究，明确Sabatier还原法的技术状态与技术特点。最后得出结论：Sabatier是主流的CO2还原方法，并且有三个改进方向——催化剂、热控、和闭合度。

    2、建立模型。本部分旨在建立计算几何模型和物理化学模型，以完成CFD计算的准备工作。通过文献给出的结构对照建立Sabatier反应器几何模型；化学模型通过质量作用定律与Arrhenius方程共同建立化学模型，其中，通过反应平衡常数引入对正逆反应速率的考虑，通过引入标准生成焓来引入对考虑反应热的考虑。

    3、多孔介质化学计算。本部分旨在对多孔介质的表面化学计算方法进行研究，以解决多孔介质类问题无法计算的问题。提出的方法包括比表面积拟合法与速率参数等效法。比表面积拟合法因为无法模拟逆反应进行的情况而难以满足所有工况需求，而速率参数等效法则通过增加单位面积反应速率弥补了比表面积小这一问题，实现了计算结果与真实结果的等效。

    4、Sabatier单机反应器计算。本部分旨在对Sabatier单机反应器进行CFD结果计算，并验证其准确性。仿真方法采用了第三章研究的速率参数等效法，另外在对初始计算结果改进的时候，主要通过调整标准生成焓的方式来调整生成的反应热，以匹配实验温度场。最终获取的计算结果与实验结果的温度场、出口处CO2转化率匹配较好，但是沿程的CO2转化率有一定差异。

    5、Sabatier单机反应器优化计算。本部分旨在对Sabatier单机反应器进行热控优化。优化方案有两个，第一个是采用锥形结构以均布反应区域，第二个是延长冷却管并改用逆流形式。经过计算，第一个优化方案实现了预期效果，第二个优化方案可对入口段气体进行预热，但是无法提高反应区的换热效果。