FLUENT非预混燃烧模型

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1、《数值计算与工程仿真》专刊—FLUENTHELP算例精选中文版（二）算例13使用非预混燃烧模型引言煤粉燃烧的模拟包括气相连续流场的建模和它与煤粒非连续相的作用的建模。穿过气体的煤粒会挥发燃烧并成为与气相反应的燃料源。反应可以用组份输运模型（thespeciestransport）或模型（thenon-premixedcombustion）模拟，在本指南中你将用非预混燃烧模型模拟简单煤粉燃烧炉中的化学反应。在本指南中你将学会：1.怎样用prePDF预处理程序为煤粉燃料准备PDF表格。2.怎样为非预混燃烧化学模型定义输入条

2、件。3.怎样定义煤粒的非连续相。4.怎样解决包含非连续相煤粒的反应的模拟。非预混燃烧模型用这样的一种建模方法：用一个或二个守恒量，即混合分数求解输运方程。多种化学组份，包括基团和中间产物组份可能被包含在对问题的定义当中，而且它们的浓度将来至于混合分数分布的预测。组份的特性参数是通过化学数据库获得。湍流化学反应是用Beta或者双delta概率密度函数来模拟的。关于非预混燃烧模拟方法的更多细节请参看使用手册。前提条件本指南是建立在你已经熟悉FLUENT的菜单结构并且已经做完指南1的基础上的。因此在建立过程中的一些步骤和解决

3、过程将被省略。问题描述本指南中用的煤燃烧系统为一简单的10m*1m的二维管道，如图13.1所示。因为是对称的，所以只模拟宽度方向上的一半区域。2D管道的进口分为两股流动。管道中心附近的高速流速度为50m/s，宽度为0.125m。另一股流的速度为15m/s，宽度为0.375m.两股流都为1500K的空气。煤粒在高速流的附近以0.1kg/s—151—www.myCFD.cn《数值计算与工程仿真》专刊—FLUENTHELP算例精选中文版（二）（炉膛中的总流量为0.2kg/s）的质量流量进入炉膛。管壁的温度为常数1200K。在

4、进口尺寸和平均入口速度有关的雷诺数大约为1000000，所以，流动为湍流。关于煤的成分的祥细资料和粒径分布在第五步：Models:连续相（气）和第八步：Materials:非连续相中介绍。图13.1：两维煤粉燃烧炉prePDF的准备1.打开prePDF当用非预混燃烧模型时，你需要用预处理程序prePDF准备一份PDF文档。PDF文档包含混合分数的浓度和温度值相关的信息。在FLUENT解决问题的过程中将需要用到这些信息。第一步：在prePDF中定义初步的绝热系统1.定义prePDF模型类型你可以定义一个单一的燃料流，也可

5、以定义一个燃料流加上一个二次流。—152—www.myCFD.cn《数值计算与工程仿真》专刊—FLUENTHELP算例精选中文版（二）定义二次流能够让你跟踪到两股混合分数。对于煤燃烧，这样做可以使你跟踪从碳（燃料流）分离出来的挥发份物质（二次流）。在本指南中，我们不采用这种方法。我们用单一的混合分数来模拟煤。SetupCase...(a)在Heattransferoptions下保持Adiabatic的默认设置本指南中研究的煤燃烧器是非绝热系统，燃烧器壁上有热量的传递，还有热量从气体传到煤粒。在prePDF中，我们必须

6、考虑成非绝热系统。因为非绝热系统的计算比绝热系统要耗时，因此在一开始设置prePDF时可以将结果考虑成绝热系统。通过计算绝热系统的PDF化学反应结果，你可以选取适当的系统参数以便让非绝热系统的计算更高效。特别地，绝热计算可以提供绝热火焰温度的信息、符合化学当量比的混合分数和个体成分对化学系统的—153—www.myCFD.cn《数值计算与工程仿真》专刊—FLUENTHELP算例精选中文版（二）重要性。在所有最终需要非绝热系统模型的PDF计算中都将采用以绝热系统计算为开端的方法。(b)在Chemistrymodels下，

7、保持EquilibriumChemistry的默认设置在所有的基于PDF的模拟中，一般推荐选择EquilibriumChemistry，StoichiometricReaction选项计算不多但是一般不怎么准确。LaminarFlamelets选项提供了包括空气动力张力引起的非平衡效应，例如超平衡的基团浓度和亚平衡的温度。这对于预测NOx是非常重要的，但这里不包括。(c)保持PDFmodels的默认值不变。BetaPDF因为比DeltaPDF要准确因此常被推荐使用。(d)在EmpiricallyDefinedStrea

8、ms下选中Fuelstream选项。这将允许你用经验输入选项定义燃料流。经验输入选项允许你在H，C，N和O的原子分数方面定义燃料的成分，还可以定义低位热值和燃料的热值。在元素分析和燃料热值已知的情况下，这是一个很有用的选项。(e)点击apply，关闭面板。2.在系统中定义化学物质。选择何种物质应该根据燃料类型和燃烧系统来确定。在F