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利⽤fluent组分输运模型模拟锅炉混煤燃烧过程fluent组分输运模拟混煤燃烧之前⽤组分输运做过⼀些混煤燃烧的⼯作，因为⾃⼰⼀开始接触组分输运的时候也遇到很多困难，⽤组分输运做混煤模拟更是⼀⽆所知，后来在之前课题组基础上，加上⾃⼰的摸索，对⽤组分输运做混煤模拟的套路⼤概了解了，所以就把这个“套路”总结了⼀下写了出来，希望可以帮到有需要的朋友。
当然，下⾯的内容更多的是做混煤模拟的⼀个过程的描述，具体⾥⾯的有些参数的设置我也不是太懂，尤其是⼀些涉及到化学反应的参数，所以这篇⽂章只是告诉⼤家设置的“套路”，具体的参数还是要⼤家查阅相关⽂献或书籍。
另外⼤家也没必要死搬硬套我这个套路，我这篇⽂章只是希望能给想做混煤模拟的朋友⼀些启发，⼤家应当在我这个⽂章的基础上多去琢磨，搞清楚每⼀步的设置都是在做什么，这样⾃⼰遇到⼀些我⽂中没有提到的问题时也能⾃⼰解决。
⽂中若有什么错误或未描述清楚的地⽅，欢迎互相交流。
1.打开species⾯板，选择species transport（组分输运），Reactions勾选上Volumetric，表⽰组分输运在某体积内有化学反应，Turbulence-Chemistry Interaction点选Finite-Rate/Eddy-Dissipation，表⽰化学反应是有限反应速率的，反应速率受化学反应本⾝与湍流混合⼆者共同控制。
2.点Finite-Rate/Eddy-Dissipation后，下⾯会出现coal calculator，⽤于对煤的反应进⾏计算，点coal calculator，弹出如下界⾯，根据煤质分析结果，填⼊相应数据，这⾥假设有两种煤，⼀种中等挥发份，取名为coal-mv，⼀种为⾼挥发份，取名为coal-hv，相应结果如下图。
3.点完Apply后点OK，会弹出如下界⾯。
4.这样coal-hv就设置好了，然后继续点coal-calculator，以同样的⽅法设置coal-mv。
第六章 层流预混火焰传播§6-1 火焰速度和火焰结构一维层流火焰在预混燃料-氧化剂混合物中传播是最简单的燃烧现象之一，在此火焰中，化学动力学以及能量和组分扩散输运起重要作用。
通过守恒方程和状态方程可以导出Rankine-Hugoniot 曲线。
该曲线把在一维层流预混火焰中未燃气和已燃气状态联系起来。
已燃气体位于Rankine-Hugoniot 曲线下分支（缓燃），并相应于未燃气体状态Rayleigh 线与具有适当反应热的Rankine-Hugoniot 曲线交点L ，如图6.1-6.2中所示。
图6.1 层流预混火焰坐标系图6.2 一维燃烧波的Rankine-Hugoniot 曲线和Rayleigh 线Rayleigh 线的斜率与相对于未燃气体的波的传播速度，即层流火焰速度有关。
22)()/(/u u u A mdv dP ρ−=−=& ==)(u u S u 层流火焰速度=)/()/1(dv dP u ρ−由于缓燃Rayleigh 线斜率比爆震Rayleigh 线斜率小得多，所以缓燃速度比爆震速度小得多。
虽然守恒方程和状态方程提供了缓燃的未燃气体和已燃状态之间的关系，但不能唯一确定层流火焰速度u S 。
为了确定u S ，必须将守恒方程通过缓燃波积分。
由于在第5章中推导的方程是非线性耦合微分方程，其准确解只有通过数值积分才能获得。
它需要很大的计算资源。
为了考察层流火焰的某些特征（如火焰速度和厚度）以及这些特征与燃烧参数如燃料类型、化学配比、压力及未燃气体的温度的关系，对方程组进行了简化，以便能分析求解。
要得到简化的模型，需要引入一系列的假设。
我们从考察参考系建立在火焰上的层流火焰结构的某些方面入手。
如前所述，这些计算是针对等压过程进行的。
但是对一维缓燃的Rankine-Hugoniot 曲线，如图6.2所示，已燃气的压力小于未燃气的压力。
现在我们需要考察压力减少的数值是否小到可以忽略的程度。
第一章燃烧：燃气中的可燃成分在一定条件下与氧发生激烈的氧化作用并伴以发热发光的物理化学反应过程，称为燃烧。
燃烧必备条件：燃气中的可燃成分和空气按一定比例呈分子状态混合；破坏旧分子和生成新分子所需要的能量（可燃气体混合物具有一定的能量）；具有完成燃烧反应所需的时间。
高热值：是指燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸汽以凝结水状态排出时所放出的热量。
低热值：是指燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸汽仍为蒸汽状态时所放出的热量燃气燃烧反应方程式：第二章1、影响燃气燃烧反应速度的因素,结论:2、链反应的概念：有一些化学反应并非一部完成，而是由多部基元反应组成。
一环扣一环进行，经历链的生成、链的发展以及链的消亡几个过程，这种反应称为链反应。
链反应的基本原理：1.链的引发，即活化中心（原子,基,原子碎片）生成；2.链的传递，即进行基元反应；3.链的终止，即活化中心消亡。
可燃气体的燃烧均为链反应3、支链着火与热力着火区别:支链着火:由于系统的活化中心浓度的变化引起的着火.热力着火:由于系统的热力条件变化引起的着火4、画出支链反应与压力的关系图，说明产生上下限的原因：存在压力下限（B点）的原因：因为在B点以下（以左），系统的压力低，容器内反应物质浓度小，为数不多的活化中心很容易直接撞到器壁上消亡，链的中断几率大，所以反应速度就小。
另外根据质量作用定律其浓度小反应度也小，故此，存在压力下限（B点）。
存在压力上限（C点）的原因：当容器内的压力升高到一定程度后，容器内反应物质浓度变大，活化中心在气相中消亡数增大；即两个活化中心在第三体碰撞下消亡的数量加大，反应速度变为缓慢，故存在压力上限（C点）5、着火半岛：表明了支链着火与温度、压力之间的关系。
处于着火上下限之间的半岛形即为着火区，半岛以外不能着火。
6、支链反应速率与活化中心浓度的关系(定量讨论支链着火的条件)假设：W0--为外界能量的作用（分子热运动）而生成的初始活化中心浓度；（与活化中心浓度无关）W1- 为链分枝速度（与活化中心瞬时浓度有关）W2--为活化中心消亡的速度；（与活化中心瞬时浓度有关）（1）ϕ > 0时：反应自动加速，能自燃（链着火）；（2）ϕ< 0时：反应趋于一个极限值，反应速度极其缓慢，进行稳定的氧化反应，不能着火；（3）ϕ=0时：这一工况参数合乎稳定工况和不稳定工况的边界状态。
针对模拟燃烧情况的混合气体化学建模随着科学技术的不断发展，燃烧化学研究作为一门重要的学科日益受到人们的关注。
在燃烧过程中，混合气体是一种常见的形态。
为了准确地研究混合气体化学反应机理，需要使用模拟燃烧情况的混合气体化学建模方法。
本文将介绍这一方法的基本原理、应用场景及未来发展方向。
一、基本原理混合气体化学建模是一种基于计算机模拟的科学方法，旨在描述混合气体中的各种化学反应过程。
在模拟过程中，需要考虑混合气体的组成、温度、压力等因素。
此外，还需要使用基于热力学和动力学计算的模型来估计化学反应的速率和能量变化等参数。
混合气体化学建模可以用来预测混合气体的化学反应路径和产物生成情况。
这对于工业燃烧、发动机燃烧等领域的研究和设计具有重要意义。
二、应用场景混合气体化学建模在工业燃烧、发动机燃烧等领域具有广泛的应用。
比如，在工业炉燃烧过程中，混合气体中的燃料和空气会发生复杂的化学反应，而燃烧产物又会对工艺效率和环境保护产生不同的影响。
使用混合气体化学建模方法，可以对燃烧产物进行定量预测和分析，为燃烧过程的优化提供科学依据。
此外，在发动机燃烧中，混合气体化学建模也发挥着重要的作用。
通过对混合气体性质的模拟和优化，可以提高发动机的工作效率和环境性能。
三、未来发展随着计算机技术的不断发展，混合气体化学建模的精度和效率不断提高。
未来，这一方法将在更多领域得到应用。
比如，基于大数据和人工智能技术的混合气体化学建模方法已经开始出现，预计将在化学工业、空气污染治理等领域发挥更加重要的作用。
同时，现有的混合气体化学建模方法还存在一定的局限性。
比如，对于一些复杂的化学反应，现有模型无法准确描述，需要进一步发展和完善。
此外，现有模型的计算量较大，需要在算法和软硬件设备等方面做出更多的优化改进。
四、总结混合气体化学建模是一种重要的科学方法，可用于预测混合气体中的化学反应和产物生成情况，同时还可为现代工业和发动机等领域的研究和设计提供科学依据。
第六章，FLUENT中的燃烧模拟6.1 燃烧模拟的重要性●面向实际装置（如锅炉、内燃机、火箭发动机、火灾等）●面向实际现象（如点火、熄火、燃烧污染物生成等）6.2 FLUENT燃烧模拟方法概要●FLUENT可以模拟宽广范围内的燃烧（反应流）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在燃烧模拟中的应用可如下图所示：●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（单或二组分混合物分数）层流火焰面模型（Laminar flamelet model）Zimont 模型●离散相模型煤燃烧与喷雾燃烧●热辐射模型DTRM, P-1, Rosseland 和Discrete Ordinates模型●污染物模型NO x 模型，烟（Soot）模型6.3 气相燃烧模型6.3.1 燃烧的化学动力学模拟实际中的燃烧过程是湍流和化学反应相互作用的结果，燃烧的化学反应速率是强非线性和强刚性的。
通常的化学反应机理包含了几十种组分和几百个基元反应，而且这些组分之间的反应时间尺度相差很大（10－9～102秒），因此在实际问题的求解过程中计算量和存储量极大，目前应用尚不现实。
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●混合物分数方法（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6.3.2一般的有限速率模型●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●求解组分的输运方程，得到每种组分的时均质量分数值，如下：6－1其中组分j 的反应源项为所有K 个反应中，组分j 的净生成速率：6－2式中，反应k 中的组分j 的反应速率可按照Arrhenius 公式、混合（mixing ）速率或 “eddy breakup” 速率的方法求解。
预混燃烧⼀、预混燃烧的基本介绍1.贫燃预混燃烧的介绍贫燃预混燃烧是在保证燃料充分燃烧的情况下，增⼤空⽓的供给量，从⽽降低燃烧室的温度，满⾜较低的污染物排放标准（可以做到低NOx的排放）。
但是与常规的扩散燃烧技术相⽐，贫燃预混燃烧是在偏离正常化学当量⽐下进⾏的，这就会产⽣燃烧的不稳定性（主要包括回⽕以及振荡燃烧），严重阻碍了贫燃预混燃烧技术的发展。
维持贫燃预混燃烧室内的正常燃烧，其关键就在于避免⽕焰的吹熄与振荡燃烧。
⽕焰吹熄现象是因为燃烧室内当量⽐被控制在接近贫燃熄⽕极限，以便尽量降低⽕焰温度以及的排放，⽽在这种燃烧状况下，⽕焰传播速度很低，在相对⾼速的⽕焰流场中，会导致⽕焰的熄灭现象，这种现象发⽣的时间很短，被称为静态不稳定。
因此要避免⽕焰吹熄，维持预混⽕焰的稳定燃烧，关键就在于保持⽕焰燃烧速度与流场速度的平衡，可从以下两种⽅法着⼿：①提⾼燃烧速度；②降低燃⽓供给速度。
提⾼燃烧速度可使⽤端流产⽣器提⾼⽕焰瑞流强度，⽽降低燃⽓平均速度可以通过减少燃⽓供给做到，但是燃机的总效率也会下降，通常采⽤在燃烧室内安装钝体稳焰器或在燃烧室避免加⼯凹槽形成局部低速区域，使⽕焰燃烧速率与流场速率均衡，以便维持⽕焰的燃烧。
另外除上述⽅法外，旋流因为其特殊的流动特性，也常⽤于稳定湍流⽕焰。
预混燃烧的不稳定受燃料种类、进⽓温度、燃料⼀空⽓过量空⽓系数、燃烧室⼏何参数、燃烧室温度以及压⼒等众多参数的影响。
按压⼒振荡频率可将燃烧不稳定分为：低频振荡、中频振荡、⾼频振荡。
按照压⼒振荡涉及的燃烧系统部件可以将其定义为三类：燃烧系统不稳定、燃烧室腔体不稳定以及固有燃烧不稳定。
根据燃烧系统内不同扰动间的相互关系，可将燃烧不稳定分为受迫燃烧不稳定和⾃激燃烧不稳定，也可称为受迫振荡和⾃激振荡。
⼆、国内外研究现状及进展Lieuwen等⼈对预混燃烧室内的燃烧不稳定性进⾏了理论和实验研宄，将预混燃烧室分为进⼝区域、燃烧区域以及燃烧产物区域三个部分，⽤“完全撞拌反应器”模型（WSR）对当量⽐波动引起燃烧热释放波动的机理进⾏了描述和分析。
16.部分预混燃烧的模拟FLUENT提供了一个模拟部分预混燃烧的模型，它是基于14章讲述的非预混燃烧模型和15张讲述的预混燃烧模型的。
关于部分预混燃烧模型按以下章节介绍：16.1概述和局限16.2理论16.3使用部分预混模型16.1概述和局限16.1.1概述部分预混燃烧系统，是带有不均匀燃料——氧化剂的混合物的预混燃烧火焰。
这种部分预混火焰的情形如，预混的混合物喷射到静止的大气中，带有扩散引导火焰或者冷却气喷嘴的贫油预混燃烧，以及不完整的混合进口的贫油预混燃烧室。
FLUENT提供的部分预混模型是非预混模型（14章）和预混模型（15章）的简单结合。
预混反应进度变量c，决定火焰前锋的位置。
在焰锋后（c＝1），混合物是燃尽的，所以采用平衡或者…..的求解方案；在焰锋（c＝0）前，组份质量分数、温度、密度通过未燃烧混合物计算。
火焰内部（0<c<1），未燃物和已燃物采用线性处理。
16.1.2局限非预混和预混模型的基本理论、假设以及各自的局限，直接应用于部分预混模型。
特别地，single-mixture-fraction方法只适用于两个进口的情况，这2进口可以是纯燃料、纯氧化剂，或者燃料和氧化剂的混合物。
two-mixture-fraction模型的情况下，进口数目限制延展到三个，但是将带来较大的计算量。
更多信息，请参考14.1.1和15.1.2。
16.2理论部分混合模型，通过求解一个输运方程来求平均反应进度（以决定焰峰的位置），和混合物组份方程和。
火焰前方（c＝0），燃料和氧化剂是混合的但未燃烧，火焰后边（c＝1）混合物是燃尽了的。
16.2.1标量的计算平均标量（如组份质量、温度和密度），用表示示，是通过计算f和c的概率密度函数（PDF）：在薄火焰的假设下，于是只有未燃反应物和已燃产物存在，平均标量取决于这里下标b和u分别表示已燃和未燃。
已燃部分的标量，φb，是混合物的函数，通过组分燃料质量f和氧化剂质量（1－f）并使混合物平衡φb。
当非绝热混合物和／或考虑层流的时候，φb依然是热焓和／或应力的函数，但是这并不改变基本公式。
未燃部分的标量，φu，类似地通过组合燃料质量f和氧化剂质量（1－f）来计算，但是混合物没有反应。
就像非预混模型一样，化学计算和为已燃混合物PDF，在prePDF里面执行，FLUENT已经构建了向上层工作台供使用。
在未燃混合物里忽视了湍流波动（PDF）和非绝热的影响，所以平均未燃物的标量只是的函数。
这些假设对大多数部分预混燃烧了流动是有效的，做这些假设是为了减少内存需求。
未燃的密度、温度、组份质量百分数、比热和热扩散（指示φ）在prePDF里面用最小二乘法拟合成的三阶多项式。
由于未燃物标量是平滑变化、并是的缓慢变化函数，这些多项式拟合通常很精确。
在prePDF里面，用户有权改变这些多项式，如果你要改变它们。
16.2.2层流火焰速度反应进度模型需要层流火焰速度（公式15.2-4），层流火焰速度取决于混合物组份、温度以及压力。
对很好地预混合系统如15章里的，反应流有一种混合物，层流火焰速度在整个火焰域里近似为常数。
然而，在部分预混系统里，层流火焰传播速度将随着反应混合物（平很比）的变化而变化，这种变化必须考虑。
精确的层流火焰速度理论上很难确定，通常是通过试验或者一维摸拟计算出来。
prePDF使用拟合曲线Goyygens［89］来获得层流火焰速度。
这些曲线是为氢气、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷和丙烷燃烧火焰设计的。
进口油气比从贫油极限到化学恰当比、未然物温度从298k到800k，压力从1到40bars的情况下，这些假设都是有效的。
prePDF把曲线拟合成为分段线性多项式。
富油极限和贫油极限下的油气比也可以确定，并转化为混合物百分比。
混合物如果比贫油极限更贫油或者比富油极限更富油的话，将不会燃烧，将出现0火焰速度。
这要求输入数值10倍层流火焰速度。
层流火焰速度的最小和最大的极限就是输入的第一个和最有一个数值。
！！这些火焰速度对于燃料是纯H2, CH4, C2 H2, C2 H4, C2 H6, 和C3 H8是比较精确的。
如果氧化剂不是空气或者有其它的的燃料，那么这种曲线拟合是不正确的。
虽然prePDF缺损是甲烷空气混合物，层流火焰速度多项式和富油或者贫油状态下最可能不正确。
层流速度多项式应该由其它项决定，比如别的一些相关文献介绍的测量方法或者详细的1维模拟，然后输入到prePDF。
16.3使用部分预混燃烧模型设置和求解部分预混燃烧问题，结合部分非预混和部分预混的设置。
16.3.1中给出了这个过程的大致轮廓，同时还有相应的关于到预混和非预混章节里去查询细节的相关信息。
部分预混燃烧模型的特殊的输入，在16.3.1和16.3.2中介绍。
16.3.1设置和求解步骤1、用prePDF生成一个PDF的查询表。
你可以跟着非预混燃烧章节里，14.3.1或者14.4.6讲述的步骤进行设置，在define case面板里，打开partially premixed model选项。
Setup Case...！！如果prePDF有警告你，在查询计算阶段，任何关于计算层流火焰速度的函数、计算未燃密度、温度、比热和热扩散率的参数，超出范围的参数都是有效的，你必须在保存PDF文件前改变多项式系数或者分段线性点的系数。
Display Partially Premixed Properties...细节请参阅16.3.2。
2、读入网格文件到FLUENT，并设置好其它你计划采用的与部分预混燃烧模型相关的模型（湍流、辐射等）3、激活部分预混燃烧模型（a）打开Species Model 面板里的Partially Premixed Combustion 模型。
Define Models Species...（b）如果必要，改变Species Model面板里的Model Constants（模型常数）。
这些对于预混燃烧模型来说是永恒的常数，很多情况下，你不必改变他们的缺损值。
详细情况参见15.3.2 （c）点击Species Model面板上的OK后，指定包含你在prePDF里生成的查询图表的PDF 文件名，并把它读入FLUENT。
4、定义计算域内未燃物质的物理特性Define Materials...FLUENT将自动地为层流火焰速度选择prepdf-polynomial 函数，指示PDF的查询表的分段线性多项式函数将用来计算层流火焰速度。
有可以选择用户自定义函数而不是分段线性多项式函数。
参见15.3.4，有关于设定未燃物的其它特性的详细资料。
5、设定进出口的火焰进度变量（c）和平均混合物百分数（）和其变异（）。
（对于那些包含多个进口的，你必须为平均次要进口部分分数定义边界条件以及其变异量）Define Boundary Conditions...参见14.3.3节，查看关于指导如何设定混合物分数和变异量条件，以及进口热流量和速度进口。
！！如果你在PDF里面定义燃料为进口预混组分，那么你应该设定set 和。
如果第定义的是纯燃料，那么你必须设定正确的化学恰当比( )，和进口处的。
6、初始化进展变量Solve Initialize Patch...详见15.3.6节。
7、求解物理问题并执行后处理参见14.3.3节，详见关于设定求解参数的指导。
（这些指导是为非预混燃烧计算的，但是也相应适合于部分预混燃烧）。
16.3.2在prePDF里改变未燃物组分的特性多项式对于未燃物，prePDF计算温度、密度、热容量、热扩散作为平均组分百分数的函数，（公式16.2-3）和层流火焰速度作为的分段多项式函数。
未燃物温度，密度，热容，热扩散是通过CHEMKIN数据库［125］里的热动力和输运特性计算的。
由于它们都是平滑的和的缓慢变化的函数，所以多项式拟合的处理通常非常精确。
但是，就像在16.2节里说的，层流火焰速度取决于化学动力学的细节和分子输运特性，不是直接在prePDF里计算得来。
相反，详细模拟得到的火焰速度，做了曲线拟合。
这些拟合只局限于这些燃料H2, CH4, C2 H2, C2 H4, C2 H6, 和C3 H8，空气为氧化剂，贫油极限恰当比为1，未燃物温度从298～800k，压力从1～40bar。
如果拟的参数调在这些范围外，prePDF将会在你计算查询表时警告你。
在这种情况下，必须在部分预混模型特性面板（图16.3.1）里改变分段线性点的的取值，然后再保存PDF文件。
Display Partially Premixed Properties...图16.3.1：prePDF里的部分预混模型特性面板对每一个的多项式函数（密度，温度，比热和热扩散），你可以指定c0、c1、c2和c3的值（公式16.2-3里的多项式系数）。
也可以对10个不同点指定分段线性混合物百分数（f）和相应的层流火焰速度（sl）。
第一个指定的点是下限，最后一点是上限。
在上下限范围以外，层流火焰速度是常数并等于极限值。
同时注意，你可以为层流火焰速度选择用一个用户自定义函数，这时分段线性拟合就是无关的了。
