随着能源危机和环境恶化在全世界范围内的不断加剧,人类对有着丰富来源,且优质清洁的天然气资源进行了更多的关注。晶格氧部分氧化甲烷法作为近年来才出现的制取合成气的新方法,已经得到越来越多的关注。目前对不同催化剂的反应过程研究的比较深入,但在反应器方面的研究却非常少。由于该方法的主要反应器为轴向固定床反应器,因此有必要对轴向固定床反应器内的流场和温度场进行了较为系统的研究。本文简要介绍了CFD技术在化学工程中的应用,并回顾了固定床反应器CFD数值模拟的研究概况。针对轴向固定床反应器的特点,采用大型商用CFD软件——FLUENT对其进行数值模拟。文中在引入了CSP概念的基础上对轴向固定床反应器的物理模型进行了几何构建；在分析并了解了轴向固定床反应器内部流体流动特性的前提下,建立了符合本模型特点的数学模型；根据模型几何形状的特点,采用了非结构化网格划分。研究中采用了三种湍流模型(RNGk-ε模型、Realizable k-ε模型、Reynolds应力模型)对三维湍流流动进行数值模拟,经过对比分析后认为,RNGk-ε湍流模型是最适合于本研究的湍流模型,并选择RNGk-ε模型作为最终的湍流模型进行后续的模拟与计算；对压力场模拟结果进行分析后得知,轴向固定床反应器内压降的大小与床层内催化剂的排布方式密切相关,对于不同类型的化学反应,应采用不同的催化剂排布方式才能达到最佳的反应效果,而对于晶格氧部分氧化甲烷反应来说当θ=0°时对反应有利；通过对速度图像的分析得到了床层区域内催化剂表面与流体的接触时间,并以此可以推断反应进行的是否充分。本文分别对三种催化剂排布方式(θ=0°、15°、30°)、三种气体入口流速(V=0.1m/s、1 m/s、10m/s)、三种气体入口温度(300K、473K、673K)条件下的轴向固定床反应器温度场分布进行了模拟。通过研究催化剂排布方式对温度场的影响得知,轴向固定床反应器内的传热与催化剂排布方式密切相关；同时,随θ值的增大流经到轴向固定床反应器下游区域的气体受热均匀。对于晶格氧部分氧化甲烷的反应来说,随θ值的增大,床层内的反应区域也随之增大,但催化剂排布方式的不同还将影响轴向固定床反应器内的压力场,所以对于催化剂的排布方式的选取需要综合考虑压力场和温度场这两方面的因素；通过研究气体入口速度对温度场的影响得知，气体入口流速的减小对提高床层温度的均匀性有利,能够避免床层内局部热点的出现。但气体入口流速的减小就意味着进入到反应器内的原料气将减少,这就需要在反应转化率和气体流率之间寻找到一个平衡点,使合成气的产量达到最大值；通过研究气体入口温度对温度场的影响得知,提高气体入口温度有利于减小反应器床层内的温度差,但这意味着气体在进入反应器之前必须经过预热处理,增加了能耗与预热设备的费用。