Fluent combustion

炉膛仿真过程及其其中的问题一、（Gambit）几何建模部分1.大体尺寸在本次设计中，（实际标高-5=图中的标高）锅炉的尺寸为：锅炉高度为26890mm，宽度为7570mm，深度为7570mm。

燃烧器的高度为2.105m，最底层的燃烧器低端距冷灰斗距离为2.1775m。

采用四角切圆（顺时针切圆，假想切圆直径0.8m）的均等配风燃烧方式。

其中一次风2层，二次风3层。

由低到高燃烧器风口布置依次为二、一、二、一、二。

燃烧器宽度为0.4m，一次风口高度0.2405m，二次风口高度0.352/0.315m，风口间距为0.21/0.12/0.155m。

2.简化处理将水冷壁简化成一个恒温平面；将燃烧器简化成一个平面，各次风口为平面中的一个矩形区域，作为速度入口；忽略屏式过热器，将折焰角上方与水平烟道相连结的平面作为出口（outflow）。

3.几何建模过程及网格划分为了方便锅炉的网格划分，我们将整个计算域划分为5个区域：冷灰斗下端至燃烧区域下端、燃烧区域、燃烧区上端至折焰角下端、折焰角区域、折焰角上端至炉膛出口。

3.1点线面的生成几何建模的方法通常可以是自下而上的，即先生成体的各个点（通过坐标确定位置）；将生成的点依次连接成线；将线围成体的各个面；最后将面组合成一个实体。

当然建模时也可以通过设置实体（面）的长宽高（长宽）直接生成。

3.2实体分割块的划分方法如下：先产生一个面，并将该面平移至该实体要切割的位置，split volume选卡中，split with选择face（real），然后选中要切割的实体（对应split volume中的volume）以及用来切割这个体的面（对应face栏）（注意：在切割时需要选中Connected，保证切割产生的两个体之间的面是公共面，而不是两个重合的面。

因为公共面可以通过物质和能量，而重合的面不加定义时是wall），最后点击APPL Y确定。

根据这种方法，我们可以在Z方向将燃烧区分为很多层，方便以后设置一、二次风入口的边界条件。

Category类别Variable变量表1：物种，反应，pdf,预混和燃烧的列表1、Species...物种Massfractionofspecies-n(sp,pdf,orppmx;nv)n种质量分率Molefractionofspecies-n(sp,pdf,orppmx)n种摩尔分数Concentrationofspecies-n(sp,pdf,orppmx)n种浓度LamDiffCoefofspecies-n(sp,dil)n种LamDiff系数EffDiffCoefofspecies-n(t,sp,dil)n种EffDiff系数ThermalDiffCoefofspecies-n(sp)n种热量Diff系数Enthalpyofspecies-n(sp)n种焓species-nSourceTerm(rc,cpl)n种SourceTermSurfaceDepositionRateofspecies-n(sr)n种表面沉积率RelativeHumidity(sp,pdf,orppmx;h2o)相对湿度TimeStepScale(sp,stcm)FineScaleMassfractionofspecies-n(edc)n种精密标度质量分率FineScaleTransferRate(edc)精密标度传输率1-FineScaleVolumeFraction(edc)精密标度体积分率2、Reactions...反应RateofReaction-n(rc)n反应速度ArrheniusRateofReaction-n(rc)n反应阿伦纽斯速度TurbulentRateofReaction-n(rc,t)n反应湍流速度3、Pdf...MeanMixtureFraction(pdforppmx;nv)平均混合分数SecondaryMeanMixtureFraction(pdforppmx;nv)二级平均混合分数MixtureFractionVariance(pdforppmx;nv)平均混合分数变量SecondaryMixtureFractionVariance(pdforppmx;nv)二级平均混合分数变量FvarProd(pdforppmx)fvar测试棒Fvar2Prod(pdforppmx)fvar2测试棒ScalarDissipation(pdforppmx)标量逸散4、Premixed预混和ProgressVariable(pmxorppmx;nv)进展变量5、Combustion...燃烧DamkohlerNumber(pmx or ppmx)StretchFactor(pmx or ppmx)伸长因数TurbulentFlameSpeed(pmx or ppmx)湍流焰速度StaticTemperature(pmx or ppmx)静态温度ProductFormationRate(pmx or ppmx)生成物形成率LaminarFlameSpeed(pmx or ppmx)层流焰速度CriticalStrainRate(pmx or ppmx)临界应变率AdiabaticFlameTemperature(pmx or ppmx)绝热火焰温度UnburntFuelMassFraction(pmx or ppmx)未燃烧燃料质量分率表2:NOx,Soot,andUnsteadyStatisticsCategories（Nox，烟灰和不稳定统计列表）1、NOx...MassfractionofNO(nox)NO质量分率MassfractionofHCN(nox)HCN质量分率MassfractionofNH3(nox)NH3质量分率MolefractionofNO(nox)NO摩尔分率MolefractionofHCN(nox)HCN摩尔分率MolefractionofNH3(nox)NH3摩尔分率ConcentrationofNO(nox)NO浓度ConcentrationofHCN(nox)HCN浓度ConcentrationofNH3(nox)NH3浓度VarianceofTemperature(nox)温度变量VarianceofSpecies(nox)物种变量VarianceofSpecies1(nox)物种1变量VarianceofSpecies2(nox)物种2变量2、Soot...烟灰Massfractionofsoot(soot)烟灰质量分率Massfractionofnuclei(soot)核的质量分率3、UnsteadyStatistics...不稳定统计Meanquantity-n(stat)平均值nRMSquantity-n(stat)均方根值n表3:Phases,DiscretePhaseModel,GranularPressure,andGranularTemperature Categories（相，分散相模型，颗粒压强，和颗粒温度列表）Phases...相Volumefractionofphase-n(mp)n相体积分率DiscretePhaseModel...分散相模型DPMMassSource(dpm)质量源DPMErosion(dpm,cv)腐蚀DPMAccretion(dpm,cv)增长DPMXMomentumSource(dpm)X动量源DPMYMomentumSource(dpm)Y动量源DPMZMomentumSource(dpm,3d)Z动量源DPMSwirlMomentumSource(dpm,2dasw)旋转动量源DPMSensibleEnthalpySource(dpm,e)显焓源DPMEnthalpySource(dpm,e)焓源DPMAbsorptionCoefficient(dpm,rad)吸收系数DPMEmission(dpm,rad)发散DPMScattering(dpm,rad)散射DPMBurnout(dpm,sp,e)燃尽DPMEvaporation/Devolatilization(dpm,sp,e)蒸发/液化DPMConcentration(dpm)浓度DPMspecies-nSource(dpm,sp,e)n种源GranularPressure...颗粒压强phase-nGranularPressure(emm,gran)n相颗粒压强GranularTemperature...颗粒温度phase-nGranularTemperature(emm,gran)n相颗粒温度表4：Properties,WallFluxes,UserDefinedScalars,andUserDefinedMemory Categories（性质，间隔层通量，用户定义标量和用户定义存储列表）Properties...性质MolecularViscosity(v)分子粘度MolecularViscosityofphase-n(v,mp)n相分子粘度Diameterofphase-n(mixoremm)n相直径ThermalConductivity(e,v)导热性SpecificHeat(Cp)(e)比热SpecificHeatRatio(gamma)(id)比热比GasConstant(R)(id)气体常数MolecularPrandtlNumber(e,v)分子普朗特数MeanMolecularWeight(seg,pdf)平均分子量SoundSpeed(id)声速WallFluxes...间隔层通量WallShearStress(v,cv)间隔层剪应力phase-nWallShearStress(v,cv,emm)n相间隔层剪应力X-WallShearStress(v,cv)X剪应力Y-WallShearStress(v,cv)Y剪应力Z-WallShearStress(v,3d,cv)Z剪应力phase-nX-WallShearStress(v,cv,emm)n相X剪应力phase-nY-WallShearStress(v,cv,emm)n相Y剪应力phase-nZ-WallShearStress(v,3d,cv,emm)n相Z剪应力Axial-WallShearStress(2da,cv)轴向剪应力Radial-WallShearStress(2da,cv)径向剪应力Swirl-WallShearStress(2dasw,cv)旋向剪应力SkinFrictionCoefficient(v,cv)表面摩擦系数phase-nSkinFrictionCoefficient(v,cv,emm)n相表面摩擦系数TotalSurfaceHeatFlux(e,v,cv)总表面热负荷RadiationHeatFlux(rad,cv)辐射热负荷SurfaceIncidentRadiation(do,cv)表面入射辐射SurfaceHeatTransferCoef.(e,v,cv)表面传热系数SurfaceNusseltNumber(e,v,cv)表面努珊数SurfaceStantonNumber(e,v,cv)表面斯坦顿数UserDefinedScalars...用户定义标量Scalar-n(uds,nv)n标量DiffusionCoef.ofScalar-n(uds)n标量扩散系数UserDefinedMemory...用户定义存储udm-n(udm)CellInfo,Grid,andAdaptionCategories（控制体积，网络节点，配合列表）CellInfo...控制体积CellPartition(np)控制体积分区ActiveCellPartition(p)主动控制体积分区StoredCellPartition(p)存储控制体积分区CellId(p)控制体积标识CellElementType控制体积要素种类CellZoneType控制体积区域种类CellZoneIndex控制体积区域指数PartitionNeighbors邻元素分区Grid...网格节点X-Coordinate(nv)X坐标Y-Coordinate(nv)Y坐标Z-Coordinate(3d,nv)Z坐标AxialCoordinate(nv)轴向坐标RadialCoordinate(nv)径向坐标XSurfaceAreaX表面面积YSurfaceAreaY表面面积ZSurfaceArea(3d)Z表面面积XFaceAreaX端面面积YFaceAreaY端面面积ZFaceArea(3d)Z端面面积CellEquiangleSkew控制体积等角度倾斜CellEquivolumeSkew控制体积等量倾斜CellVolume控制体积容量2DCellVolume(2da)2D控制体积容量CellWallDistance控制体积间隔层距离FaceHandedness端面旋向性FaceSquishIndex端面挤压指数CellSquishIndex控制体积挤压指数GridCategory(Turbomachinery-SpecificVariables)andAdaptionCategory（网络节点列表（涡轮积类变量）和配合列表）Grid...网络节点MeridionalCoordinate(nv,turbo)经纬坐标AbsMeridionalCoordinate(nv,turbo)绝对值经纬坐标SpanwiseCoordinate(nv,turbo)Abs(H-C)SpanwiseCoordinate(nv,turbo)Abs(C-H)SpanwiseCoordinate(nv,turbo)PitchwiseCoordinate(nv,turbo)AbsPitchwiseCoordinate(nv,turbo)Adaption...配合AdaptionFunction配合功能ExistingValue现存值BoundaryCellDistance控制体积边界距离BoundaryNormalDistance边界标准距离BoundaryVolumeDistance(np)边界容量距离CellVolumeChange控制体积容积变化CellEquiangleSkew控制体积等角度倾斜CellEquivolumeSkew控制体积等容量倾斜CellSurfaceArea控制体积表面面积CellWarpage控制体积折曲ResidualsCategory（残值列表）Residuals...残值MassImbalance质量不稳定PressureResidual(cpl)压强残值X-VelocityResidual(cpl;2dor3d)X速度残值Y-VelocityResidual(cpl;2dor3d)Y速度残值Z-VelocityResidual(cpl,3d)Z速度残值Axial-VelocityResidual(cpl,2da)轴向速度残值Radial-VelocityResidual(cpl,2da)径向速度残值Swirl-VelocityResidual(cpl,2dasw)旋向速度残值TemperatureResidual(cpl,e)温度残值Species-nResidual(cpl,sp)n物种残值Derivatives...导数StrainRate(v)应变速率Derivatives...导数StrainRateofphase-n(v,emm)n相应变速率。

Fluent使用指南2第一步：网格1、读入网格（File→Read→Case）2、检查网格（Grid→Check）3、平滑网格（Grid→Smooth/Swap）4、更改网格的长度单位（Grid→Scale）5、显示网格（Display→Grid）第二步：建立求解模型1、保持求解器的默认设置不变（定常）2、开启标准K-ε湍流模型和标准壁面函数Define→Models→Viscous第三步：设置流体的物理属性ari→Density→viscosity→第四步：设置边界条件对outflow、velocity-inlet、wall 采用默认值第五步：求解1、Solv→Controls→Solution中，Discretitation→Pressure→standardPressure→Momentum→2、Solution Initialization→all zone3、Residual Monitors→Plot第六步:迭代第七步：进行后处理第八步：1、Define→Model→Evlerian2、在Vissous Model→K-epsilon Multiphase Model→Mixture 第九步：在Define Phase Model→Discrete phase ModelInteraction↓选中→Interaction With Continuous Phase Nomber of Continuous PhaseInteractions per DPM Interaction第十步：设置物理属性第十一步：Define→Operating →重力加速度Define→Boondary Conditionsflvid→Mixture→选中Sovrce Terms 其他默认Phase-1→选中Sovrce Terms 其他默认Phase-2→选中Sovrce Terms 其他默认inflow→Mixture→全部默认Phase-1→全部默认Phase-2→Multiphase→Volume Fraction→其他默认outflow→Mixture→默认Phase-1→默认Phase-2→默认wall→Mixture→全部默认Phase-1→默认Phase-2默认第十二步：Slove→Controls→Slution Controls→Pressure→Momentum→其余默认第十三步：千万不能再使用初始化第十四步：进行迭代计算截Z轴上的图:在Surface→iso↓Surface of constant↓Grid↓然后选x、y、z轴（根据具体情况而定）↓在Iso-Values→选取位置C的设置在New Surface Name中输入新各字→点创建然后在Display→Grid→Edge type→Feature→选中刚创建的那个面，然后Display查看刚才那面是否创建对最后在Display→Contours→Options→Filled→Surface→选中面，然后Display。

Category 类别 Variable 变量表1：物种，反应，pdf,预混和燃烧的列表1、Species...物种Mass fraction of species-n ( sp, pdf, or ppmx; nv)n 种质量分率Mole fraction of species-n ( sp, pdf, or ppmx)n 种摩尔分数Concentration of species-n ( sp, pdf, or ppmx)n 种浓度Lam Diff Coef of species-n ( sp, dil)n 种Lam Diff 系数Eff Diff Coef of species-n ( t, sp, dil)n 种Eff Diff 系数Thermal Diff Coef of species-n ( sp)n 种热量Diff 系数Enthalpy of species-n ( sp)n 种焓species-n Source Term ( rc, cpl)n 种Source TermSurface Deposition Rate of species-n ( sr)n 种表面沉积率Relative Humidity ( sp, pdf, or ppmx; h2o)相对湿度Time Step Scale ( sp, stcm)Fine Scale Mass fraction of species-n ( edc)n 种精密标度质量分率Fine Scale Transfer Rate ( edc)精密标度传输率1-Fine Scale Volume Fraction ( edc)精密标度体积分率2、Reactions...反应Rate of Reaction-n ( rc)n 反应速度Arrhenius Rate of Reaction-n ( rc)n 反应阿伦纽斯速度Turbulent Rate of Reaction-n ( rc, t)n 反应湍流速度3、Pdf...Mean Mixture Fraction ( pdf or ppmx; nv)平均混合分数Secondary Mean Mixture Fraction ( pdf or ppmx; nv)二级平均混合分数Mixture Fraction Variance ( pdf or ppmx; nv)平均混合分数变量Secondary Mixture Fraction Variance ( pdf or ppmx; nv)二级平均混合分数变量Fvar Prod ( pdf or ppmx)fvar 测试棒Fvar2 Prod ( pdf or ppmx)fvar2 测试棒Scalar Dissipation ( pdf or ppmx)标量逸散4、Premixed 预混和Progress Variable ( pmx or ppmx; nv)进展变量5、Combustion... 燃烧Damkohler Number ( pmx or ppmx)Stretch Factor ( pmx or ppmx)伸长因数Turbulent Flame Speed ( pmx or ppmx)湍流焰速度Static Temperature ( pmx or ppmx)静态温度Product Formation Rate ( pmx or ppmx)生成物形成率Laminar Flame Speed ( pmx or ppmx)层流焰速度Critical Strain Rate ( pmx or ppmx)临界应变率Adiabatic Flame Temperature ( pmx or ppmx)绝热火焰温度Unburnt Fuel Mass Fraction ( pmx or ppmx)未燃烧燃料质量分率表2: NOx, Soot, and Unsteady Statistics Categories（Nox，烟灰和不稳定统计列表）1、NOx...Mass fraction of NO ( nox)NO 质量分率Mass fraction of HCN ( nox)HCN 质量分率Mass fraction of NH3 ( nox)NH3 质量分率Mole fraction of NO ( nox)NO 摩尔分率Mole fraction of HCN ( nox)HCN 摩尔分率Mole fraction of NH3 ( nox)NH3 摩尔分率Concentration of NO ( nox)NO 浓度Concentration of HCN ( nox)HCN 浓度Concentration of NH3 ( nox)NH3 浓度Variance of Temperature ( nox)温度变量Variance of Species ( nox)物种变量Variance of Species 1 ( nox)物种1 变量Variance of Species 2 ( nox)物种2 变量2、Soot...烟灰Mass fraction of soot ( soot)烟灰质量分率Mass fraction of nuclei ( soot)核的质量分率3、Unsteady Statistics...不稳定统计Mean quantity-n ( stat)平均值nRMS quantity-n ( stat)均方根值n表3: Phases, Discrete Phase Model, Granular Pressure, and Granular Temperature Categories（相，分散相模型，颗粒压强，和颗粒温度列表）Phases...相Volume fraction of phase-n ( mp)n 相体积分率Discrete Phase Model...分散相模型DPM Mass Source ( dpm)质量源DPM Erosion ( dpm, cv)腐蚀DPMAccretion ( dpm, cv)增长DPM X Momentum Source ( dpm)X 动量源DPMY Momentum Source ( dpm)Y 动量源DPM Z Momentum Source ( dpm, 3d)Z 动量源DPM Swirl Momentum Source ( dpm, 2dasw)旋转动量源DPM Sensible Enthalpy Source ( dpm, e)显焓源DPM Enthalpy Source ( dpm, e)焓源DPMAbsorption Coefficient ( dpm, rad)吸收系数DPM Emission ( dpm, rad)发散DPM Scattering ( dpm, rad)散射DPM Burnout ( dpm, sp, e)燃尽DPM Evaporation/Devolatilization ( dpm, sp, e)蒸发/液化DPM Concentration ( dpm)浓度DPM species-n Source ( dpm, sp, e)n 种源Granular Pressure...颗粒压强phase-n Granular Pressure ( emm, gran)n 相颗粒压强Granular Temperature... 颗粒温度phase-n Granular Temperature ( emm, gran)n 相颗粒温度表4： Properties, Wall Fluxes, User Defined Scalars, and User Defined MemoryCategories（性质，间隔层通量，用户定义标量和用户定义存储列表）Properties...性质Molecular Viscosity ( v)分子粘度Molecular Viscosity of phase-n ( v, mp)n 相分子粘度Diameter of phase-n ( mix or emm)n 相直径Thermal Conductivity ( e, v)导热性Specific Heat (Cp) ( e)比热Specific Heat Ratio (gamma) ( id)比热比Gas Constant (R) ( id)气体常数Molecular Prandtl Number ( e, v)分子普朗特数Mean MolecularWeight ( seg, pdf)平均分子量Sound Speed ( id)声速Wall Fluxes...间隔层通量Wall Shear Stress ( v, cv)间隔层剪应力phase-nWall Shear Stress ( v, cv, emm)n 相间隔层剪应力X-Wall Shear Stress ( v, cv)X 剪应力Y-Wall Shear Stress ( v, cv)Y 剪应力Z-Wall Shear Stress ( v, 3d, cv)Z 剪应力phase-n X-Wall Shear Stress ( v, cv, emm)n 相X 剪应力phase-n Y-Wall Shear Stress ( v, cv, emm)n 相Y 剪应力phase-n Z-Wall Shear Stress ( v, 3d, cv, emm)n 相Z 剪应力Axial-Wall Shear Stress ( 2da, cv)轴向剪应力Radial-Wall Shear Stress ( 2da, cv)径向剪应力Swirl-Wall Shear Stress ( 2dasw, cv)旋向剪应力Skin Friction Coefficient ( v, cv)表面摩擦系数phase-n Skin Friction Coefficient ( v, cv, emm)n 相表面摩擦系数Total Surface Heat Flux ( e, v, cv)总表面热负荷Radiation Heat Flux ( rad, cv)辐射热负荷Surface Incident Radiation ( do, cv)表面入射辐射Surface Heat Transfer Coef. ( e, v, cv)表面传热系数Surface Nusselt Number ( e, v, cv)表面努珊数Surface Stanton Number ( e, v, cv)表面斯坦顿数User Defined Scalars...用户定义标量Scalar-n ( uds, nv)n 标量Diffusion Coef. of Scalar-n ( uds)n 标量扩散系数User Defined Memory...用户定义存储udm-n ( udm)Cell Info, Grid, and Adaption Categories（控制体积，网络节点，配合列表）Cell Info...控制体积Cell Partition ( np)控制体积分区Active Cell Partition ( p)主动控制体积分区Stored Cell Partition ( p)存储控制体积分区Cell Id ( p)控制体积标识Cell Element Type 控制体积要素种类Cell Zone Type 控制体积区域种类Cell Zone Index 控制体积区域指数Partition Neighbors 邻元素分区Grid...网格节点X-Coordinate ( nv)X 坐标Y-Coordinate ( nv)Y 坐标Z-Coordinate ( 3d, nv)Z 坐标Axial Coordinate ( nv)轴向坐标Radial Coordinate ( nv)径向坐标X SurfaceAreaX 表面面积Y SurfaceAreaY 表面面积Z SurfaceArea ( 3d)Z 表面面积X FaceAreaX 端面面积Y FaceAreaY 端面面积Z Face Area ( 3d)Z 端面面积Cell Equiangle Skew 控制体积等角度倾斜Cell Equivolume Skew 控制体积等量倾斜Cell Volume 控制体积容量2D Cell Volume ( 2da)2D 控制体积容量CellWall Distance 控制体积间隔层距离Face Handedness 端面旋向性Face Squish Index 端面挤压指数Cell Squish Index 控制体积挤压指数Grid Category (Turbomachinery-Specific Variables) and Adaption Category（网络节点列表（涡轮积类变量）和配合列表）Grid...网络节点Meridional Coordinate ( nv, turbo)经纬坐标Abs Meridional Coordinate ( nv, turbo)绝对值经纬坐标Spanwise Coordinate ( nv, turbo)Abs (H-C) Spanwise Coordinate ( nv, turbo)Abs (C-H) Spanwise Coordinate ( nv, turbo)Pitchwise Coordinate ( nv, turbo)Abs Pitchwise Coordinate ( nv, turbo)Adaption...配合Adaption Function 配合功能Existing Value 现存值Boundary Cell Distance 控制体积边界距离Boundary Normal Distance 边界标准距离Boundary Volume Distance ( np)边界容量距离Cell Volume Change 控制体积容积变化Cell Equiangle Skew 控制体积等角度倾斜Cell Equivolume Skew 控制体积等容量倾斜Cell Surface Area 控制体积表面面积CellWarpage 控制体积折曲Residuals Category（残值列表）Residuals...残值Mass Imbalance 质量不稳定Pressure Residual ( cpl)压强残值X-Velocity Residual ( cpl; 2d or 3d)X 速度残值Y-Velocity Residual ( cpl; 2d or 3d)Y 速度残值Z-Velocity Residual ( cpl, 3d)Z 速度残值Axial-Velocity Residual ( cpl, 2da)轴向速度残值Radial-Velocity Residual ( cpl, 2da)径向速度残值Swirl-Velocity Residual ( cpl, 2dasw)旋向速度残值Temperature Residual ( cpl, e)温度残值Species-n Residual ( cpl, sp)n 物种残值Derivatives...导数Strain Rate ( v)应变速率Derivatives...导数Strain Rate of phase-n ( v, emm)n 相应变速率。

combustion ）如果在模拟中包括小液滴和／或煤颗粒，可以应用非预混模型。

在这种情况下，燃料以通过蒸发、液化作用和焦炭燃烧定律控制的分散相确定的比率进入计算域中的气相中。

在为煤的情况下，挥发分和焦炭产物可被定义为两种不同的燃料类型（用两个混合分数）或这定义为单一废气成分（用一个混合分数），14.3.5节有所描述。

带有废气循环的非预混模型 （Using the Non-Premixed Model with Flue Gas Recycle ）由于用非预混模型解决的多数问题将包含既含有纯氧化剂有含有纯燃料（f =0或f =1）的入口，因此可包括有一个混合分数中间值（0<f<1）入口，这个入口代表一个完全的反应的混合物，并提供混合分数中间值。

当有废气循环时，这样的情况就会出现，如图14.1.15简述。

由于f 为一个守恒量，废气循环入口处的混合分数可计算作exit recyc ox fuel exit recyc fuel f m m m f m m)(&&&&&++=+ （14.1-30） 或ox fuel fuel exit m m mf &&&+= （14.1-31）式中：f exit 为出口混合分数（和废气循环入口处的混合分数），ox m&为氧化剂入口的质量流量速率，fuel m&为燃料入口的质量流量速率，recyc m &为循环入口的质量流量速率。

如果包括次要流，则为ox fuel fuel exit fuel m m m mf &&&&++=sec , (14.1-32)oxm m m p &&&+=sec sec sec (14.1-33)图14.1.15：带有废气循环的非预混模拟Figure 14.1.15: Using the Non-Premixed Model with Flue Gas Recycle14.2 非预混平衡化学反应的模拟方法 Modeling Approaches forNon-Premixed Equilibrium ChemistryFLUENT 软件包为模拟非预混平衡化学反应提供了两种不同方法。

一旦使用了离散相模型，下面的模型将不能使用：● 选择了离散相模型后，不能再使用周期性边界条件● 可调整时间步长方法不能与离散相模型同时使用● 预混燃烧模型中只能使用非反应颗粒模型● 同时选择了多参考坐标系与离散相颗粒模型时，在缺省情况下，颗粒轨道的显示失却了其原有意义；同样，相间耦合计算是没有意义的。

FLUENT 提供的离散相模型选择如下：● 对稳态与非稳态流动，可以应用拉氏公式考虑离散相的惯性、曳力、重力● 预报连续相中，由于湍流涡旋的作用而对颗粒造成的影响● 离散相的加热/冷却● 液滴的蒸发与沸腾● 颗粒燃烧模型，包括挥发份析出以及焦炭燃烧模型（因而可以模拟煤粉燃烧）● 连续相与离散相间的耦合● 液滴的迸裂与合并热泳力（热致迁移力或辐射力）Saffman 升力在附加力中也可以考虑由于横向速度梯度（剪切层流动）引致的Saffman 升力。

离散相边界条件当颗粒与壁面发生碰撞时，将会发生下述几种情况：l 颗粒发生弹性或非弹性碰撞反射l 穿过壁面而逃逸（颗粒的轨道计算在此处终止）l 在壁面处被捕集。

非挥发性颗粒在此处终止计算；颗粒或液滴中的挥发性物质在此处被释放到气相中l 穿过内部的诸如辐射或多孔介质间断面区域！！如果选择了Spalart-Allmaras 湍流模型，那么，轨道计算中就不能包含颗粒的湍流扩散。

颗粒类型l 惯性颗粒（``inert''）是服从力平衡（方程19.2-1）以及受到加热／冷却影响（由定律1 确定，请参阅19.3.2）的一种离散相类型（颗粒、液滴或气泡）。

在FLUENT 任何模型中，惯性颗粒总是可选的。

2液滴（``droplet''）是一种存在于连续相气流中的液体颗粒。

它服从力的平衡并受到加热／冷却的影响（由定律1 确定）。

此外，他还由定律2 和3 确定自身的蒸发与沸腾（请参阅19.3.3、19.3.4）。

只有传热选项被激活并且至少两种化学组份在计算中是被激活的，或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才是可选的。

FLUENT燃烧简介FLUENT软件中包含多种燃烧模型、辐射模型及与燃烧相关的湍流模型，适用于各种复杂情况下的燃烧问题，包括固体火箭发动机和液体火箭发动机中的燃烧过程、燃气轮机中的燃烧室、民用锅炉、工业熔炉及加热器等。

1.1 FLUENT燃烧模拟方法概要燃烧模型是FLUENT软件优于其它CFD软件的最主要的特征之一。

FLUENT可以模拟宽广范围内的燃烧问题。

然而，需要注意的是：你必须保证你所使用的物理模型要适合你所研究的问题。

FLUENT在模拟燃烧中的应用可如下图所示：图 1 FLUENT模拟过程中所需的物理模型1.1.1 气相燃烧模型一般的有限速率形式(Magnussen模型)守恒标量的PDF模型(单或二组分混合分数)层流火焰面模型(Laminar flamelet model)Zimount 模型1.1.2 离散相模型煤燃烧与喷雾燃烧1.1.3 热辐射模型DTRM，P-1，Rosseland 和Discrete Ordinates 模型1.1.4 污染物模型NOx模型，烟(Smoot)模型2.1气相燃烧模型·在FLUENT中，针对不同的燃烧现象，采用了不同的化学动力学处理手段，以减少计算成本，如下：有限速率燃烧模型---预混、部分预混和扩散燃烧混合分数方法(平衡化学的PDF模型和非平衡化学的层流火焰面模型)---扩散燃烧反应进度方法(Zimont模型)---预混燃烧混合物分数和反应进度方法的结合---部分预混燃烧2.2.1 有限速率模型化学反应过程一般采用总包机理(即简化化学反应，如单步反应)进行描述。

求解积分的输运方程，得到每种组分的时均质量分数值，如下：-----(1)其中组分j的反应源项为所有反应K个反应中，组分j的净生成速率：-----(2)-----(3)计算所需参数包括：1、组分及其热力学参数值；2、反应及其速率常数值。

有限速率模型的有缺点：优点：适用于预混、部分预混和扩散燃烧，简单直观；缺点：当混合时间尺度和反应时间尺度相当时缺乏真实性，难以解决化学反应与湍流的耦合问题，难以预测反应的中间组分，模型常数具有不确定性。

FLUENT燃烧简介FLUENT软件中包含多种燃烧模型、辐射模型及与燃烧相关的湍流模型，适用于各种复杂情况下的燃烧问题，包括固体火箭发动机和液体火箭发动机中的燃烧过程、燃气轮机中的燃烧室、民用锅炉、工业熔炉及加热器等。

1.1 FLUENT燃烧模拟方法概要燃烧模型是FLUENT软件优于其它CFD软件的最主要的特征之一。

FLUENT可以模拟宽广范围内的燃烧问题。

然而，需要注意的是：你必须保证你所使用的物理模型要适合你所研究的问题。

FLUENT在模拟燃烧中的应用可如下图所示：图 1 FLUENT模拟过程中所需的物理模型1.1.1 气相燃烧模型一般的有限速率形式(Magnussen模型)守恒标量的PDF模型(单或二组分混合分数)层流火焰面模型(Laminar flamelet model)Zimount 模型1.1.2 离散相模型煤燃烧与喷雾燃烧1.1.3 热辐射模型DTRM，P-1，Rosseland 和Discrete Ordinates 模型1.1.4 污染物模型NOx模型，烟(Smoot)模型2.1气相燃烧模型·在FLUENT中，针对不同的燃烧现象，采用了不同的化学动力学处理手段，以减少计算成本，如下：有限速率燃烧模型---预混、部分预混和扩散燃烧混合分数方法(平衡化学的PDF模型和非平衡化学的层流火焰面模型)---扩散燃烧反应进度方法(Zimont模型)---预混燃烧混合物分数和反应进度方法的结合---部分预混燃烧2.2.1 有限速率模型化学反应过程一般采用总包机理(即简化化学反应，如单步反应)进行描述。

求解积分的输运方程，得到每种组分的时均质量分数值，如下：-----(1)其中组分j的反应源项为所有反应K个反应中，组分j的净生成速率：-----(2)-----(3)计算所需参数包括：1、组分及其热力学参数值；2、反应及其速率常数值。

有限速率模型的有缺点：优点：适用于预混、部分预混和扩散燃烧，简单直观；缺点：当混合时间尺度和反应时间尺度相当时缺乏真实性，难以解决化学反应与湍流的耦合问题，难以预测反应的中间组分，模型常数具有不确定性。

计算流体力学作业FLUENT 模拟燃烧问题描述：长为2m、直径为0.45m的圆筒形燃烧器结构如图1所示，燃烧筒壁上嵌有三块厚为0.0005 m，高0.05 m的薄板，以利于甲烷与空气的混合。

燃烧火焰为湍流扩散火焰。

在燃烧器中心有一个直径为0.01 m、长为0.01 m、壁厚为0.002 m的小喷嘴，甲烷以60 m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。

空气从喷嘴周围以0.5 m/s的速度进入燃烧器。

总当量比大约是0.76(甲烷含量超过空气约28%)，甲烷气体在燃烧器中高速流动，并与低速流动的空气混合，基于甲烷喷嘴直径的雷诺数约为5.7×103。

假定燃料完全燃烧并转换为:CH4+2O2→CO2+2H2O反应过程是通过化学计量系数、形成焓和控制化学反应率的相应参数来定义的。

利用FLUENT的finite-rate化学反应模型对一个圆筒形燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动和燃烧过程进行研究。

1、建立物理模型，选择材料属性，定义带化学组分混合与反应的湍流流动边界条件2、使用非耦合求解器求解燃烧问题3、对燃烧组分的比热分别为常量和变量的情况进行计算，并比较其结果4、利用分布云图检查反应流的计算结果5、预测热力型和快速型的NO X含量6、使用场函数计算器进行NO含量计算一、利用GAMBIT建立计算模型第1步启动GAMBIT，建立基本结构分析：圆筒燃烧器是一个轴对称的结构，可简化为二维流动，故只要建立轴对称面上的二维结构就可以了，几何结构如图2所示。

(1)建立新文件夹在F盘根目录下建立一个名为combustion的文件夹。

(2)启动GAMBIT(3)创建对称轴①创建两端点。

A(0,0,0)，B(2,0,0)②将两端点连成线(4)创建小喷嘴及空气进口边界②连接AC、CD、DE、DF、FG。

(5)创建燃烧筒壁面、隔板和出口②将H、I、J、K、L、M、N向Y轴负方向复制，距离为板高度0.05。

③连接GH、HO、OP、PI、IJ、JQ、QR、RK、KL、LS、ST、TM、MN、NB。

1.Generalized Finite-Rate Model（通用有限速率模型）该模型基于求解组分质量分数疏运方程，化学反应机理由用户自己定义。

反应速率在组分疏运方程中作为源项，并且由阿累尼乌斯公式计算。

该模型适合求解预混，部分预混以及非预混湍流燃烧。

2.Non-Premixed Combustion Model（非预混燃烧模型）该模型求解混合分数输运方程，单个组分的浓度由预测得到的混合分数的分布求得。

该模型是专门为求解湍流扩散火焰问题而发展，有许多方面都比有限速率模型要优越。

该模型考虑了湍流对燃烧的影响，反映机理不能由用户自己设定。

）3.Premixed Combustion Model（预混燃烧模型）该模型主要针对纯预混湍流燃烧问题，在这些问题中，反应物和生成物由火焰峰面隔开，该模型通过求解各种反应过程参数来预测火焰峰面的位置，该模型为考虑湍流对燃烧的影响，引入了一个湍流火焰速度。

4.Partially Premixed Combustion Model（部分预混燃烧模型）该模型针对预混合肥预混燃烧都存在的湍流反应流动。

通过求解混合分数方程和反应过程参数来确定火焰峰面的位置。

position PDF Transport Combustion Model（组分概率密度输运燃烧模型）该模型用来模拟湍流火焰中实现中存在的有限速率反应，任意的反应机理都可以导入FLUENT，该模型可用于求解预混，非预混及部分预混火焰，但只用此模型需要大投资。

FLUENT软件的燃烧模型介绍Fluent软件中包含多种燃烧模型、辐射模型及与燃烧相关的湍流模型，适用于各种复杂情况下的燃烧问题，包括固体火箭发动机和液体火箭发动机中的燃烧过程、燃气轮机中的燃烧室、民用锅炉、工业熔炉及加热器等。

燃烧模型是FLUENT软件优于其它CFD软件的最主要的特征之一。

下面对Fluent软件的燃烧模型作一简单介绍：一、气相燃烧模型1.有限速率模型这种模型求解反应物和生成物输运组分方程，并由用户来定义化学反应机理。

1.多相流动模式我们可以根据下面的原则对多相流分成四类：•气-液或者液-液两相流：o 气泡流动：连续流体中的气泡或者液泡。

o 液滴流动：连续气体中的离散流体液滴。

o 活塞流动: 在连续流体中的大的气泡o 分层自由面流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。

•气-固两相流：o 充满粒子的流动：连续气体流动中有离散的固体粒子。

o 气动输运：流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等因素。

最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床，以及各向同性流。

o 流化床：由一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器导入筒内。

从床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮。

改变气体的流量，就会有气泡不断的出现并穿过整个容器，从而使得颗粒在床内得到充分混合。

•液-固两相流o 泥浆流：流体中的颗粒输运。

液-固两相流的基本特征不同于液体中固体颗粒的流动。

在泥浆流中，Stokes 数通常小于1。

当Stokes数大于1 时，流动成为流化（fluidization）了的液-固流动。

o 水力运输: 在连续流体中密布着固体颗粒o 沉降运动: 在有一定高度的成有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物质。

随后，流体将会分层，在容器底部因为颗粒的不断沉降并堆积形成了淤积层，在顶部出现了澄清层，里面没有颗粒物质，在中间则是沉降层，那里的粒子仍然在沉降。

在澄清层和沉降层中间，是一个清晰可辨的交界面。

•三相流 (上面各种情况的组合)各流动模式对应的例子如下：•气泡流例子：抽吸，通风，空气泵，气穴，蒸发，浮选，洗刷•液滴流例子：抽吸，喷雾，燃烧室，低温泵，干燥机，蒸发，气冷，刷洗•活塞流例子：管道或容器内有大尺度气泡的流动•分层自由面流动例子：分离器中的晃动，核反应装置中的沸腾和冷凝•粒子负载流动例子：旋风分离器，空气分类器，洗尘器，环境尘埃流动•风力输运例子：水泥、谷粒和金属粉末的输运•流化床例子：流化床反应器，循环流化床•泥浆流例子: 泥浆输运，矿物处理•水力输运例子：矿物处理，生物医学及物理化学中的流体系统•沉降例子：矿物处理2. 多相流模型FLUENT中描述两相流的两种方法:欧拉一欧拉法和欧拉一拉格朗日法，后面分别简称欧拉法和拉格朗日法。

Chamber pressure 燃烧室压强anode 阳极cathode 阴极interior 内部本质arc torch 电弧发生器numerical modeling数值模拟rapour蒸气thermodynamic 热力学arc-root fluctruation弧根波动non-local thermodynamic equilibrium 非局部热力学平衡electrode电极particle 颗粒，质点parameter 参数vacuum 真空magnetic field 电磁场plasma jet 等离子射流vacuum chamber 真空室argon 氩preliminary 初步的solversolver pressure based 非耦合？？？？Density based 耦合？？？tormulation模型？？？？implicit 隐式explicit 显式space axisymmetric轴对称的swirl涡旋viscous modle粘性模型inviscid非粘性laminar层流reynolds stress 雷诺应力velocity inletvelocity specification method速度定义方法velocity magnitude 入口速度turbulencespecification method湍流定义方法turbulence viscosity ratio 湍流粘性比intensity and Hydraulic Diameter 强度与水力直径turbulenceintensity湍流强度intensity and length scale 强度和长度尺度pressure inletGauge Total pressure总压Supersonic/Initial Gauge Pressure超音速/初始表压Pressure outletGauge pressure 表压Back flaw Turbulence viscosity回流湍流粘度Solution ControlDiscretization 离散化MonitorResidual 残差图IterateTime step size 步长（时间间隔大小）Number of time steps 时间间隔数量Max Iterations per time stepAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA AASkewed[skjʊd] adj. 歪斜的；曲解的边界条件：submap interval子区间symmetry 对称边界periodic 周期性边界outflow 自由出流坐标网格图：increment 相邻两条网格线之间的间隔snap 捕捉坐标网格线相交点边界线的内部节点分布：Pick with links 选取方式reverse？？？Type类型选择successive ratio 等比系列Invert 取倒数double sided 内部节点取单、双向分布Ratio 内部节点位置间距离的公比，取1时为等距离分布Spacing 节点分布设置：给定节点间距（interval size）;给定节点的数量（interval count）Mesh Faces对话框中：Scheme 操作方式elements 元素类型（quad四边形；tri三角形）solver（求解器）：solver: segregated非耦合求解法；coupled 耦合求解法formulation 算法：implicit 隐式算法；explicit 显示算法Space: Axisymmetric 轴对称空间；Axisymmetric Swirl 轴对称旋转空间porous formulation多孔制定: superficial velocity 表面上的速度physical velocity 物理速度Materials：Cp:等压比热Thermal conductivity:导热系数Viscosity：动力粘度Boundary conditions:Velocity Magnitude：入口速度Turbulence Specification Method:湍流定义方法Turbulence intensity：湍流强度Hydraulic diameter：水力直径Solver monitor（监视器）：Report type—>area-weighted average 面积平均二阶离散化（改善求解精度，往往将能量方程改成改为二阶离散化方法计算）Discretization 离散化方法Under-Relation Factors 松弛系数turbulence kinetic energy湍动能自适应网格修改功能gradient adaption梯度适应coarsen 粗化curvature曲率radius [ˈreidiəs]n.半径，半径范围ratio [ˈreiʃiəu]n.比，比率domain [dəˈmein,dəu-]n.(活动等)领域，范围；领地，势力范围British [ˈbritiʃ]a.英国的；不列颠的Fluxes 通量combustion [kəmˈbʌstʃən]n.燃烧filtervi. 滤过；渗入；慢慢传开n. 滤波器；过滤器；筛选；滤光器vt.过滤；渗透；用过滤法除去filterexponentn. 指数；典型；说明者，说明物adj. 说明的successiveadj. 连续的；继承的；依次的；接替的successive ratio 等比值（等比数列）nozzlen. 喷嘴；管口；鼻interfacen. 界面；接口；接触面shelln. 壳，贝壳；炮弹；外形vi. 剥落；[计]设定命令行解释器的位置vt.剥皮；炮轰consolen. 控制台；操纵台vt.安慰；慰藉何谓缺省？？？Binary adj. 二进制的；二元的，二态的Workbench工作台Shear condition剪切条件rotation-axis origin 旋转轴的原点radiation model 辐射模型：rosseland罗斯兰discrete transfer离散传递discrete ordinates 离散坐标。

《数值计算与工程仿真》专刊—FLUENT HELP 算例精选中文版（二）算例 13引言使用非预混燃烧模型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（the species transport）或模型（the non-premixed combustion）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 —《数值计算与工程仿真》专刊—FLUENT HELP 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。