第四章 fluent非预混燃烧模型
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《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。
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。
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。
译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )使用非预混燃烧模型 Using the Non-Premixed Combustion Model 概要 先决条件 问题描述 使用 prePDF 的准备工作 Step 1: Define the Preliminary Adiabatic System in prePDF Step 2: Compute and Review the Adiabatic System prePDF Look-Up Tables Step 3: Create and Compute the Non-Adiabatic prePDF System Preparation for FLUENT Calculation Step 4: Grid Step 5: Models: Continuous (Gas) Phase Step 6: Models: Discrete Phase Step 7: Materials: Continuous Phase Step 8: Materials: Discrete Phase Step 9: Boundary Conditions Step 10: Solution Step 11: Postprocessing Step 12: Energy Balances and Particle Reporting SummaryIntroduction 概要对煤粉燃烧的模拟包括对连续气相的模拟及其对煤颗粒分散相的相互作用 的模拟.煤颗粒穿过气相时,会进行脱挥发分和焦炭的燃烧,从而成为进行气相 反应的燃料的源.对反应的模拟可通过组分传输模型(the species transport model)或非预混燃烧模型(the non-premixed combustion model)进行模拟. 在此实例指南中, 你将使用非预混燃烧模型模拟一个简化的燃煤炉体内的化学反 应. 在此实例指南中,你将学习: 使用 prePDF 预处理器为煤粉燃料(的燃烧)准备一个 PDF 表 为非预混燃烧化学反应模型定义 FLUENT 的输入参数 为煤颗粒定义一个离散相 求解一个包含反应离散相的煤颗粒的数值模型非预混燃烧模型是采用这样一种建模方法, 即求解一个或两个守恒标量以及混合 分数的的传输方程.多化学组分时,包括根和中间产物,可以采用这种方法被考译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )虑进来,并且他们的浓度能够通过预测出的混合分数分布计算出来.通过化学数 据库,可以得出组分的正确数据.湍流和化学反应的相互作用可通过使用β或双 δ的概率密度函数 (PDF) 来模拟. 关于非预混燃烧的模型详见 the User's GuidePrerequisitesThis tutorial assumes that you are familiar with the menu structure in FLUENT, and that you have solved Tutorial 1 or its equivalent. Some steps in the setup and solution procedure will not be shown explicitly.问题描述(Problem Description )本例程考虑的煤粉燃烧系统时一个简单的二维管道,截面为 10m×1m,如图 13.1 所示.因为管道对称,图中只显示了宽度的一半.该二维管道的入口分成 两股来流.靠近管道中心的高速来流速度为 50m/s,跨度为 0.125m.另一股来流 速度为 15m/s,跨度为 0.375m.两股来流都是 1500K 的空气.靠近中心高速流股 进入炉膛的煤颗粒,其质量流率为 0.1kg/s(煤颗粒的总流率为 0.2kg/s).管 道的壁温为 1200K 的常温. 基于入口尺寸和平均入口速度的雷诺数约为 100,000. 因此,流动为湍流. 关于煤组成和粒度分布的详细信息将在 step 5(Models: Continuous (Gas) Phase)和 Step 8( Materials: Discrete Phase)中给出.Figure 13.1: 2D Furnace with Pulverized Coal Combustion译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )对 prePDF 的准备(Preparation for prePDF )1. 启动 prePDF.当你使用非预混燃烧模型,你要先使用前处理器—prePDF-生成一个 PDF 文件. 该 PDF 文件包含了关于各组分浓度,温度与混合分数值之间的联系的信息,并被 FLUENT 在求解过程中用来获得这些标量(组分浓度,温度等) .Step 1: 在 prePDF 中定义初步的绝热系统 (Define the Preliminary Adiabatic System in prePDF )1. 定义 prePDF 模型类别.你可以定义单一燃料流或者燃料流加上另一个流股.激活第二个流股可以让你明了 两个混合分数.对于煤颗粒的燃烧,采用两个流股的方法可以让你明确地将挥发分 (第二个流股)流股同焦炭流股(燃料流)分开.在该例程中,我们将不采用两个 流股的方法,而采用单一混合分数法.SetupCase...(a)译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )在 Heat transfer options, 保持默认设置 Adiabatic.该例程中讨论的煤粉燃烧器是一个非绝热系统, 在气相与煤颗粒相间, 以及燃 烧器壁面上,都有热量传递.因此,必须在 prePDF 中考虑非 绝热系统.由于非绝热系统较之绝热系统在计算时要耗费更多的时间,因此你 可在启动 prePDF 时先考虑系统为绝热系统. 根据对绝热系统的 PDF/化学 平衡的计算结果,你将确定大致的系统参数,这将使得在非绝热系统下的 计算更具效率.而且,绝热系统的计算将提供绝热火焰温度,混合分数的 化学当量以及各单独组分对化学反应系统的重要性的信息. 这种首先在绝 热系统中计算的方法将被用于所有的考虑在非绝热条件下的 PDF 计算.(b) 在 Chemistry models, 保持默认设置 Equilibrium Chemistry. 对大多数基于 PDF 的数值模拟,推荐 使用 Equilibrium Chemistry 选项. Stoichiometric Reaction ( 混合即完全反应 ) 选项计算量小,但不准确; Laminar Flamelets 选项能够考虑空气拉伸的非平衡现象,例如超平衡基浓度和亚平衡温度. 这对于 NOx 的预测非常重要,但在此例中不必考虑. (c) 保持默认设置 PDF models. 一般的,推荐使用β函数的 PDF 积分,因为他比δ函数的 PDF 积分方法更准确.(d) 在 Empirically Defined Streams, 选择 Fuel stream 选项. 这将允许你采用 empirical 输入选项来定义燃料流股(即根据煤的 ultimate analysis 定义) Empirical 输入选项允许你指定燃料中 H,C,N 和 O 的元素组成 (DAF) 低位发热量和比热. , 当元素分析和热值已知时, 这种指定方法是很有效的. (e) 点击 Apply ,关闭面板 2. 定义系统中的化学组分指定系统中包含哪些组分依赖于燃料类型和燃烧系统. 关于指定组分的指南在FLUENT User's Guide 中有介绍.在这里,你将假定该平衡系统中包含 13 种组分: C, C(s), CH , CO, CO , H, H ,H O, N, N , O, O , and OH.之所以包含 C, H, O, 和 N 是因为我们采用``empirical''输入方法 对燃料进行定义的,因此要用到元素组分.! 当使用 empirical input 选项时,你应当将 C and C(S) 都选入系统SetupSpeciesDefine...译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )(a) 将 Maximum # of Species 设为 13. 使用上,下箭头来设置最大组分数目,或在数 字框中直接键入数字然后摁<ENTER>. (b) 在 Defined Species 列表中选择最上面的组分(初始标志为 UNDEFINED). (c) 在 Database Species 下拉表单中,使用滚动条拖动表单,并选择 C. 此时 Defined Species 表单中的最顶部组分将显示为 C . (d) 在 Defined Species 列表中选择第二个组分 (或在 Species # 选项中将数目增大为 2). (e) 在 Database Species 下拉 表 单 中 , 使 用 滚 动 条 拖 动 表 单 , 并 选 择 下 一 个 组 分 ( C(S)). (f) 重复 步骤 (d) 和 (e),直到 13 个组分都被定义 (g) 点击 Apply,关闭面板 Note:在其他燃烧系统中,你也许想添加其他化学组分,但你不要添加慢反应的化学组分, 例如 NOx..3. 确定燃料组分输入.本例中考虑的燃料是已知的,根据工业分析,知道含 28%的挥发分,64%的焦炭和 8%的灰分.你要根据这些信息,以及以下给出的元素分析结果,在 prePDF 中定义 煤的组成.燃料流的组成(焦炭和挥发分)可计算如下:译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )首先将工业分析数据(干燥基)转化为可燃基(干燥无灰基).工业分析 Wt % Wt % Proximate Analysis (dry) Volatiles Char (C(s)) Ash 28 64 8 (DAF) 30.4 69.6 -煤的元素分析如下表:Element Wt % (DAF) C H O N S 89.3 5.0 3.4 1.5 0.8为简单起见,煤中的硫分可并入氮的质量分数,因此最终数据如下:Element Wt % (DAF) C H O N S 89.3 5.0 3.4 2.3 -我们可根据工业分析和元素分析的数据得出挥发分的元素组成如下: can combine Wethe proximate and ultimate analysis data to yield the following elemental composition of the volatile stream: (译者注:这里不是挥发分流股的元素组成,而是整个燃料流股的元素组成,因为该模型采用单混合分数模型,而且表中数据也显示是单流股的摩 尔组成)译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )Element Wt % Moles Mole Fraction C H O N Total 89.3 5.0 3.4 2.3 7.44 5 0.21 0.16 12.81 0.581 0.390 0.016 0.013你将用到上表中最后一列中的数据.prePDF 将使用这些信息以及煤的热值来定义 燃料中的组分. 煤的低位热值为(DAF) : LCV= 35.3 MJ/kg煤的热容和密度分别为 1000 J/kg-K 和 1 kg/m4. 输入燃料和氧化剂的组分SetupSpeciesComposition...(a) 激活氧化剂流股组分的输入框氧化剂(空气)的组成为 21%的 O2 和 79% 的 N2译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )i. 在 Stream 下, 选择 Oxidiser. ii. 在 Specify Composition In, 保持默认选项 Mole Fractions. iii. 在 Defined Species 选项中选择 O2 并在 Species Fraction 中输入 0.21. iv. 在 Defined Species 选项中选择 N2 并在 Species Fraction 中输入 0.79 (b) 激活燃料流股组分的输入框 Note: 因为燃料流股已经选择了 empirical 输入选项,您将被提示输入 C,H,O 和 N 的原子摩尔分数,以及燃料的热值和热容.译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )i. 在 Stream 下, 选择 Fuel. ii. 在 Specify Composition In 中,保持默认选项 Mole Fractions. iii. 在 Defined Species 列表中选择 C 并在 Atom Fraction 中键入 0.581. iv. 在 Defined Species 列表中选择 H 并在 Atom Fraction 中键入 0.390. v. 在 Defined Species 列表中选择 N 并在 Atom Fraction 中键入 0.016. vi. 在 Defined Species 列表中选择 O 并在 Atom Fraction 中键入 0.013. vii. 在 Lower Caloric Value 中键入 3.53e+07 J/kg 在 Specific Heat 中键入 1000 J/kg-K . viii. 点击 Apply ,关闭面板. 5. 定义固体碳的密度.译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )这里,假定固定碳密度为 1300 kg/m3SetupSpeciesDensity...(a) 在 Defined Species 中选择 C(S) . (b) 将 Density 设为 1300. (c) 点击 Apply ,关闭面板. Note:在计算燃料的混合密度时,prePDF 会用到这个信息.你应当定义固定焦炭的密度, 这个值可能和 FLUENT 中定义的煤的密度不一致, FLUENT 中定义的是包含灰 的煤粒的显密度.6. 定义系统操作条件.在化学平衡计算中需要用到系统压力和入口流温度. 煤燃烧情况下, 燃料流股 的入口温度应当是开始脱挥发分的温度.氧化剂流股的入口温度应当对应于空气入 口温度.在本例程中,煤脱挥发分的温度设置为 400 K,空气入口温度为 1500K,系 统压力为 1 大气压.SetupOperating Conditions...(a)在Fuel和Oxidiser中分别将温度设为400 K 和1500 K。
ffluent燃烧(预混、非预混)12.2.1通用有限速度模型该方法基于组分质量分数的输运方程解,采用你所定义的化学反应机制,对化学反应进行模拟。
反应速度在这种方法中是以源项的形式出现在组分输运方程中的,计算反应速度有几种方法:从Arrhenius 速度表达式计算,从Magnussen 和Hjertager [149]的漩涡耗散模型计算或者从EDC模型[148]计算。
这些模型的应用范围是非常广泛的,其中包括预混和,部分预混和和非预混和燃烧,详细内容请参阅第13章。
12.2.2 非预混和燃烧模型在这种方法中,并不是解每一个组分输运方程,而是解一个或两个守恒标量(混和分数)的输运方程,然后从预测的混合分数分布推导出每一个组分的浓度。
该方法主要用于模拟湍流扩散火焰。
对于有限速度公式来说,这种方法有很多优点。
在守恒标量方法中,通过概率密度函数或者PDF来考虑湍流的影响。
反映机理并不是由我们来确定的,而是使用flame sheet(mixed-is-burned)方法或者化学平衡计算来处理反应系统。
具体请参阅第十四章。
层流flamelet模型是非预混和燃烧模型的扩展,它考虑到了从化学平衡状态形成的空气动力学的应力诱导分离,具体请参阅14.4节。
12.2.3 预混和燃烧模型这一方法主要用于完全预混合的燃烧系统。
在这些问题中,完全的混合反应物和燃烧产物被火焰前缘分开。
我们解出反应发展变量来预测前缘的位置。
湍流的影响是通过考虑湍流火焰速度来计算得出的。
具体请参阅第15章。
12.2.4部分预混和燃烧模型顾名思义,部分预混和燃烧模型就是用于描述非预混和燃烧和完全预混和燃烧结合的系统。
在这种方法中,我们解出混合分数方程和反应发展变量来分别确定组分浓度和火焰前缘位置。
具体请参阅第十六章。
12.3 反应模型的选择解决包括组分输运和反应流动的任何问题,首先都要确定什么模型合适。
模型选取的大致方针如下:通用有限速度模型主要用于:化学组分混合、输运和反应的问题;壁面或者粒子表面反应的问题(如化学蒸气沉积)。
Fluent验证案例25:非预混燃烧本案例利用Fluent的非预混燃烧模型计算燃烧器内甲烷燃烧过程,并利用实验值对计算结果进行验证。
计算模型如图所示,甲烷与空气从不同的入口进入燃烧室,并在燃烧室内混合燃烧,计算过程中考虑辐射换热。
计算参数如表所示。
本次计算采用稳态计算,利用Realizable k-epsilon湍流模型计算湍流。
采用DO辐射模型考虑燃烧过程中的辐射换热,利用非预混燃烧模型模拟燃烧。
1Fluent设置•以2D、Double Precision方式启动Fluent•利用菜单File → Read → Case…加载case文件1.1 General设置•双击模型树节点General,右侧面板如下图所示进行设置注:选择轴对称旋转,因为存在轴对称旋转边界1.2 Models设置•右键选择模型树节点Models > Energy,选择弹出菜单项On激活能量方程注:涉及到化学反应燃烧的问题,都要开启能量方程•右键选择模型树节点Models > Viscous,选择弹出菜单项Model > Realizable k-epsilon开启湍流模型注:Realizable k-epsilon湍流模型适合于射流模拟•鼠标双击模型树节点Radiation,弹出设置对话框,激活辐射模型Discrete Ordinates,采用默认模型参数注:DO模型适合于模拟所有光学厚度条件下的辐射问题。
在本案例中也可以选择使用P1模型。
1.3 Species模型设置•鼠标双击模型树节点Models > Species弹出设置对话框•激活选项Non-Premixed Combustion采用非预混燃烧模型•选择选项Chmical Equilibrium及Non-Aiiabatic,采用非绝热的化学平衡模型•切换到Boundary标签页,如下图所示设置Fuel中ch4为1,设置Oxid中的n2为0.78992,o2为0.21008•选择选项Mole Fraction注:可以自己通过点击Add按钮添加组分•切换到Table标签页,如下图所示设置参数,点击按钮Calculate PDF Table生成PDF表注:非预混燃烧模型属于典型的快速化学反应模型,其并不考虑燃烧化学反应细节,利用湍流混合的混合分数决定燃烧温度分布。
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。
12.2.1通用有限速度模型该方法基于组分质量分数的输运方程解,采用你所定义的化学反应机制,对化学反应进行模拟。
反应速度在这种方法中是以源项的形式出现在组分输运方程中的,计算反应速度有几种方法:从Arrhenius速度表达式计算,从Magnussen 和Hjertager [149]的漩涡耗散模型计算或者从EDC模型[148]计算。
这些模型的应用范围是非常广泛的,其中包括预混和,部分预混和和非预混和燃烧,详细内容请参阅第13章。
12.2.2 非预混和燃烧模型在这种方法中,并不是解每一个组分输运方程,而是解一个或两个守恒标量(混和分数)的输运方程,然后从预测的混合分数分布推导出每一个组分的浓度。
该方法主要用于模拟湍流扩散火焰。
对于有限速度公式来说,这种方法有很多优点。
在守恒标量方法中,通过概率密度函数或者PDF来考虑湍流的影响。
反映机理并不是由我们来确定的,而是使用flame sheet(mixed-is-burned)方法或者化学平衡计算来处理反应系统。
具体请参阅第十四章。
层流flamelet模型是非预混和燃烧模型的扩展,它考虑到了从化学平衡状态形成的空气动力学的应力诱导分离,具体请参阅14.4节。
12.2.3 预混和燃烧模型这一方法主要用于完全预混合的燃烧系统。
在这些问题中,完全的混合反应物和燃烧产物被火焰前缘分开。
我们解出反应发展变量来预测前缘的位置。
湍流的影响是通过考虑湍流火焰速度来计算得出的。
具体请参阅第15章。
12.2.4部分预混和燃烧模型顾名思义,部分预混和燃烧模型就是用于描述非预混和燃烧和完全预混和燃烧结合的系统。
在这种方法中,我们解出混合分数方程和反应发展变量来分别确定组分浓度和火焰前缘位置。
具体请参阅第十六章。
12.3 反应模型的选择解决包括组分输运和反应流动的任何问题,首先都要确定什么模型合适。
模型选取的大致方针如下:∙通用有限速度模型主要用于:化学组分混合、输运和反应的问题;壁面或者粒子表面反应的问题(如化学蒸气沉积)。
Fluent 的一些使用说明2008-04-29 15:14题记:FLUENT-manual 中解算方法的一些说明,摘录翻译了其中比较重要的细节,希望对初学FLUENT的朋友在选择设置上提供一些帮助,不致走过多的弯路。
离散1、 QUICK格式仅仅应用在结构化网格上,具有比second-order upwind 更高的精度,当然,FLUENT也允许在非结构网格或者混合网格模型中使用QUICK格式,在这种情况下,非结构网格单元仍然使用second-order upwind 格式计算。
2 、MUSCL格式可以应用在任何网格和复杂的3维流计算,相比second-order upwind,third-order MUSCL 可以通过减少数值耗散而提高空间精度,并且对所有的传输方程都适用。
third-order MUSCL 目前在FLUENT中没有流态限制,可以计算诸如冲击波类的非连续流场。
3、有界中心差分格式bounded central differencing 是LES默认的对流格式,当选择 LES后,所有传输方程自动转换为bounded central differencing 。
4 、low diffusion discretization 只能用在亚音速流计算,并且只适用于implicit-time,对高Mach流,或者在explicit time公式下运行LES ,必须使用 second-order upwind 。
5、改进的HRIC格式相比QUICK 与second order 为VOF计算提供了更高的精度,相比Geo-Reconstruct格式减少更多的计算花费。
6 、explicit time stepping 的计算要求苛刻,主要用在捕捉波的瞬态行为,相比implicit time stepping 精度更高,花费更少。
但是下列情况不能使用explicit time stepping:(1)分离计算或者耦合隐式计算。