High-resolution numerical simulations of turbulent non-catalytic reverse water gas shift

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:This paper provides fundamental insights into turbulence-chemistry interactions in endothermic RWGS reactors and validates LES subgrid models for such flows.

🏢実務担当者:The findings can guide the design of catalyst-free RWGS reactors for e-SAF production, especially regarding O2 impurity effects.

航空におけるグリーン移行には、持続可能な航空燃料（SAF）の大幅な拡大が必要である。電気を介してCO2ニュートラルなジェット燃料を生産するpower-to-liquidプロセスは、e-SAFと呼ばれ、インフラ、航空機、またはジェットエンジンを変更することなく、化石ジェット燃料を直接置き換える。このプロセスは、循環経済の概念において、グリーン水素と産業排ガスまたは回収された二酸化炭素を組み合わせる。e-SAF生産プラントの重要な要素は、合成ガスが生成される反応器である。従来の反応器は触媒技術を使用しており、触媒の劣化、目詰まり、脆化による破壊により時間とともに性能が低下するという深刻な課題に直面している。高い可能性を秘めた代替案は、無触媒の逆水性ガスシフト（RWGS）反応器コンセプトである。本論文の主な目的は、反応速度論や乱流と化学の間の相互作用など、無触媒RWGSプロセスの基本的な側面を調査することである。副次的な目的は、化学反応が吸熱反応である場合に、典型的な燃焼用サブグリッドスケールモデルがLarge Eddy Simulations（LES）においてどのように機能するかを特定することであり、これは古典的な燃焼に伴う強い発熱性とは対照的である。CO2流中の微量のO2でさえ、COの生成速度を大幅に増加させることが判明した。これは、OHプールの増加に起因する。この効果は大気圧で最も強く、高圧ではあまり顕著ではない。乱流-化学相互作用を研究するための時間的ジェットフレームワークを用いて、乱流流中のCO変換時間をDamkohler数と化学的時間スケールの関数として予測するための代数方程式が採用されている。最後に、燃焼反応用に設計されたPaSR LESサブグリッドモデルが、吸熱性の逆水性ガスシフト反応でも良好に機能すると結論付けられる。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

A green transition in aviation requires a drastic upscaling of Sustainable Aviation Fuel (SAF). The power-to-liquid process for the production of CO2-neutral jet fuel via electricity, called e-SAF, directly replaces fossil jet fuel without having to change infrastructure, aeroplanes, or jet-engines. The process combines green hydrogen with industrial exhaust gas, or captured carbon dioxide, in a circular economy concept. A key element of the e-SAF production plant is the reactor where syngas is produced. Traditional reactors use catalytic technology, which faces severe challenges due to the reduced performance over time because of catalyst degradation, clogging, and breakup due to embrittlement. A high-potential alternative is the catalyst-free reverse water-gas-shift (RWGS) reactor concept. The primary aim of this paper is to investigate the fundamental aspects of the catalyst-free RWGS process, such as reaction kinetics and the interactions between turbulence and chemistry. The secondary aim is to identify how a typical combustion subgrid scale models for Large Eddy Simulations (LES) perform when the chemical reactions are endothermic, in contrast to the strong endothermicity associated with classical combustion. It is found that even small traces of O2 in the CO2 stream can significantly increase the production rate of CO. This is attributed to the increased pool of OH. The effect is strongest at atmospheric pressure and less pronounced at higher pressure. By using the temporal jet framework to study turbulence-chemistry interactions, an algebraic equation for the prediction of the CO conversion time in a turbulent flow as a function of Damkohler number and chemical timescale is employed. Finally, it is concluded that the PaSR LES subgrid model designed for combustion reactions perform well also for the endothermic reverse water-gas-shift reaction.

• semanticscholar https://doi.org/10.1016/j.ces.2026.124647first seen 2026-05-06 00:10:19 · last seen 2026-08-12 05:22:43