烟气扩散数值模拟.doc

《烟气扩散数值模拟.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、烟气扩散的数值模拟及分析王祥魏昌兴（中国矿业大学电力工程学院，江苏徐州，）摘要：针对受限空间中烟气的释放，运用FLUENT软件对其输运和扩散过程进行了数值模拟，得到烟气浓度的时空分布，并分析了不同影响因素对烟气扩散的影响。关键词：受限空间；扩散；数值模拟；浓度分布TheNumericalStudyOnDiffusionOfFumeInLimitedSpaceAbstract:Thearticlesimulatedthetransportationanddiffusionoffumereleasedinlimitedspacewi

2、thFLUENTcodeandshowedtheconcentrationcontourmapsoffumewithtimeandspaceandthevelocityvectordistribution,andthenstudieddeepintotheinfluenceofdifferentinfluencingfactorstothediffusionoffumeandgavetherelatedconclusions.Keywords:LimitedSpace;Diffusion;NumericalStudy;Conce

3、ntrationDistribution引言大气污染一直是人们关注的问题，特别是对于工矿、钢铁、电厂等拥有大型燃烧设备的企业。研究烟气扩散的规律、控制大气质量，对日益紧迫的环境问题有直接的指导作用。对气体扩散过程的研究有三种方法：现场试验、风洞试验和数值模拟。现场试验条件与真实场景一致，因此能够得到真实数据与特殊实验现象，但耗资巨大，时间长，可重复性差。风洞试验模拟法可以方便调控某些试验参数，试验可重复性大，但其难点在于要确定气体原形与模拟试验的无量纲相似常数，而且只能对大气流动状况进行部分模拟。而数值模拟由于成本低且场景设置方

4、便等成为研究气体扩散的重要手段。故本文采用FLUENT软件模拟烟气的扩散问题。1几何模型运用缩小实验尺寸模拟，空间尺寸为4.5mX3.6mX2.5，烟囱高度1.2m，直径65mm，轴心距左侧面0.8m。2数学模型烟气在受限空间内释放以后形成的气云运动规律满足一般Navier-Stokes方程组所描述的流体力学基本方程组，在湍流流动的描述中将方程组进行雷诺近似，并采用k-ε方程来封闭方程组。结合气体自身性质即应力应变关系的本构方程，构成了不可压缩粘性流的CFD模型。最终气体释放后数值模拟的CFD模型包含连续性方程、动量守恒方程、能

5、量守恒方程、湍流动能（k）方程和耗散率（ε）方程。将这些控制方程在计算域上采用一定的离散方法和数值格式离散后，加上初始条件及边界条件以后，进行迭代求解即可得到离散点上的物理量的值，再采用合适的插值算法即可算出整个流场的任意点出的物理量的值。2.1基本假设（1）受限空间内的空气作为不可压缩流体处理，呈湍流状态。（2）空气和烟气的混合气体视作理想气体，遵循理想气体状态方程，烟气和空气在流动中不发生化学反应。（3）假设环境温度为常温，与外界无热量交换。（4）假设在烟气排放过程中排放速度不变。2.2基本控制方程连续性方程：ρ为混合物密度

6、，uj为（x,y,z）三个方向上的速度。动量守恒方程：其中，µ是流体的动力粘度，g是重力加速度，P是绝对压力，ρa是空气密度。能量守恒方程：其中cp是比热容，T是温度，k为流体的传热系数，ST为流体的内热源以及由于粘性作用流体机械能转换为热能的部分，有时简称为粘性耗散项。由于本文研究不可压缩流动，不考虑温度对扩散的影响，故热交换量很小可以忽略不计，因此可以不予考虑能量守恒方程。组分质量守恒方程：cs为组分s的体积浓度，ρcs是该组分的质量浓度，Ds是该组分的扩散系数。2.3湍流模型在对于我们所要研究的问题中，选取RNGk-ε模型

7、对湍流进行数值模拟。3网格划分针对所要解决的三维问题，在ICEM中建模后，采用结构化网格划分，基本单元为六面体单元，如图所示。4物理模型及边界条件设置自然风入口（air）——velocityinlet（第一类）烟囱出口（fume）——velocityinlet（第一类）CO2+air（CO2质量百分比浓度为22.12%）烟囱壁（fumewall）——wall，无浓度与热量交换地面（ground）——wall，无浓度与热量交换其余出口面——outflow5求解计算模型在FLUENT求解器设置中采用分离式隐式求解器，时间项选取非稳态

8、。用RNGk-ε模型描述流体的湍流流动，启用组分输运模型来对气体扩散过程进行数值模拟。控制方程的离散格式采用一阶迎风格式，压力插值格式采用标准压力插值格式，压力与速度耦合算法采用SIMPLE算法。对时间步长设置为0.1s,总计算时间为200s。6数值模拟结果及分