fluent炉膛仿真教程文档
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. z. 炉膛仿真过程及其其中的问题
一、〔Gambit〕几何建模局部
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APPLY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。同时，在*y平面燃烧区被分为8份，如下图：
3.3网格划分
网格划分的最后记结果如下图：
这种网格的特点是：四个角的地方网格比拟密，而中间网格比拟稀疏。同时网格线的方向与流动合速度方向重合度比拟高。这样的网格划分可以很好的抑制伪扩散的发生。
这种网格的划分步骤如下：
在将区域分块的根底上对实体按照线、面、体的顺序进展依次划分。
Edge的划分：为了形成这种对称的网格，我们需要对edge进展划分，如下图：
其中，soft link采用maintain形式，Spacing选用Interval count〔划分数目〕。在本设计中，将每条线均分为30份，即ratio为1，interval count为30，其他保持不变。
Face的划分：由于前面对每条边进展了划分，所以对面的网格划分就只需要设置网格的形式和类型如下图：
其中，Elements采用Quad形式，Type采用Map形式〔映射成构造化网格〕。此时不需要对Spacing进展设置了。
Volume的划分：对volume的划分，我们采用Cooper〔制桶〕方式。采用这种划分方式-
. z. 时，有一点需要注意，就是上下两个Face的网格划分要完全一样，也就是说组成Face的Edge的划分也要一样。如下图：
其中，Element采用He*/Wedge形式。Sources表示需要选择制"桶〞的上下两个面。Interval count表示两个面之间划分的数目。本设计中，根据风口和墙面的高度进展划分，每个网格高度在0.1m左右。
最后依照上面的方法和步骤对燃烧区的每一层进展这样的网格划分。
对于除了燃烧器区的其他区域的网格划分，要求就比拟低一些了。对我们依旧采用COOPER的方式对体进展划分。不过其他地方的Sources是沿y轴方向的两个面〔燃烧器区域的sources是沿z方向的〕。
最后的网格为：冷灰斗30*30*30；燃烧器30*30*8*〔3+2+3+1+3+1+3+2+3〕；燃烧器上端至折焰角：50*50*66；折焰角：50*50*16；折焰角上方：40*50*40。最后网格数目大概在480000个，其中燃烧器区域网格为151200个。
3.4交接面处的处理
在划分计算域的时候会涉及到interface的设置。在燃烧区的上下两个端面，我们需要分别将这个面与其相重合的那个面设置成一对interface。因为燃烧器区与相邻的两个实体并不是通过分割而来，是3个独立的实体，为了能让物质和能量通过该重合的面，需要通过设置interface来实现，如下图：
由于燃烧器区域上端的*y平面被划分为了8块，所以需要将这8个面一起设置为interface11，然后将与燃烧器区上端重合的面设置为interface12。对于interface21和22的设置和上述一样。
4.边界条件设置
在gambit中需要预先设置边界条件。
将折焰角上方与水平烟道相连接的那个面设置为outflow边界条件。
Interface的设置上面已经说过了，下面我们进展一、二次风入口的设置。根据燃烧器的构造确定各次风口在模型中的位置，然后将边界条件的Type设置成velocity_inlet〔速度入口〕。名字格式为ofa/pa/sa+两位数字，数字前一位表示在*y平面所处的象限，后一位表示自高向低同类型风口的层数。如下图：
二、Fluent仿真过程
0.网格导入、Interface设置以及网格检查
在完成Gambit中的工作后，需要将生成的.msh文件导入到Fluent中。
0.1网格导入、检查以及解法器设置
在General中点击Check完成网格检查〔网格检查中不能出现网格体积为负数的情况，否则会出错，需要重新进展稽核建模〕。点击Report Quality进展网格质量检查。
在解法器中选择Pressure-Based、Absolute、Steady的情况。勾选Gravity，建立重力场〔z=-9.81m/s2〕，设置如下图：
0.2Interface设置
点击Mesh Interfaces中的Create。在Interface Zone 1中选择interface11，在Interface Zone2中点选interface12，Mesh Interface名称为interface1，点击Create设置完成。按照同样的方法设置interface2，如下图：
1.燃料及边界条件参数确定
1.1燃料特性及风煤计算
燃料计算
工况 符号 单位 3#T-01 7#T-01 8#T-01 适用标准
全水分 Mt % 9.1 8.7 8.2 GB/T211-2007 -
. z. 空气枯燥基水分
Mad % 2.53 1.82 2.17
GB/T212-2008 收到基灰分 Aar % 27.87 33.22 36.39
枯燥无灰基挥发分 Vdaf % 41.01 44.00 39.92
收到基碳 Car % 51.36 47.50 45.49
DL/T568-1995 收到基氢 Har % 3.49 3.43 3.09
收到基氮 Nar % 0.82 0.76 0.72
收到基氧 Oar % 6.67 6.17 5.86
全硫 St,ar % 0.69 0.22 0.25 GB/T214-2007
收到基高位发热量 Qgr,v,ar MJ/kg 20.48 19.18 18.19 GB/T 213-2008 收到基低位发热量 Qnet,v,ar MJ/kg 19.55 18.27 17.36
根据表格，我们将元素分析数据转换成枯燥无灰基的挥发分的元素组成。由于枯燥无灰基无水、无灰，故剩下的成分不受水分和灰分的影响，是表示碳、氢、氧、氮、硫成分百分函数最稳定额基准，所以通常选择转换为枯燥无灰基来计算。
各种煤不同分析基之间的换算公式为
其中，*0，*分别为*成分原基准与新基准的质量百分数，%；K为换算系数。
收到基与枯燥无灰基之间的换算系数为
利用上述公式将煤的收到基转换为枯燥无灰基的元素组成，如下表所示，这些数据也是Fluent中计算PDF元素分数所需要的。
PDF中元素分析元素分数
元素 C H O N
元素组成 0.820971 0.055766 0.105757 0.017506
PDF中工业分析分析组分
组分 V FC A M
组分分数 0.2212 0.3329 0.3639 0.082
风煤计算
锅炉实际燃煤量 t/h 26.015 设计值
一次风流速 m/s 24.3 设计值
一次风份额 % 28.28 设计值
一次风温 K 303
温风份额 % 64.09 设计值
二次风温 K 600
一次风口面积 m2 4*0.1924
二次风口面积 m2 4*0.4075
注：由于不知道乏气送粉的位置，将乏气份额归并到二次风中，即二次风份额为71.72%。
根据克拉伯龙方程和表格数据可知：
标况下一次风速
再根据一、二次风的份额和面积可以得到：
二次风速
根据克拉伯龙方程可知： -
. z. 实际二次风速
根据煤量，可以知道每个一次风口煤的质量流量：
根据切圆直径和炉膛尺寸可以知道风煤的入口方向：
夹角θ=40.55°；cosθ=0.76；sinθ=0.65.
1.2边界条件设置
现以一次风pa11为例，介绍对流场数据的设置。
在Fluent中Boundary Conditions菜单下找到pa11工程，如下图。然后这个风口进展设置。
点击Edit进入设置页面，如下图。
在Velocity Specification Method选项中选择Magnitude and Direction〔速度大小和方向〕；在Velocity Magnitude中填入24.3m/s；
在Coordinate System中选择Cartesian〔*,Y,Z〕笛卡尔直角坐标系，然后在下面依次填入流体流动的方向〔*轴为-sin40.55°，Y轴为-cos40.55°〕。在第一象限的风口方向为〔-sin40.55°，-cos40.55°〕；在第二象限的为〔cos40.55°，-sin40.55°〕；第三象限的为〔sin40.55°，cos40.55°〕；第四象限的为〔-cos40.55°，sin40.55°〕。
