湍流非预混火焰
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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)。
非预混火焰热声耦合机理的理论和计算分析非预混燃烧广泛存在于动力推进系统中。
本论文通过理论分析和数值计算,辅以相关实验数据,研究了非预混燃烧过程中的热声耦合问题。
对于燃气轮机燃烧室内的燃烧过程,产生热声耦合需要两个条件:第一,流场中需要存在一个初始的扰动,也就是热声耦合产生的诱因,燃烧过程的直接燃烧噪音便是产生这种流场内初始扰动的重要因素;第二,燃烧室的声学边界条件需要满足相关条件,使得流场中的初始扰动可以通过声学反馈,和燃烧过程耦合,产生自维持的热声耦合振荡燃烧。
全文围绕热声耦合问题的两个重要分支:燃烧过程的直接噪音和间接噪音展开,研究其产生机理和相关特性,并对其内在联系做了相关讨论。
首先,利用低阶模型的数学思想,理论推导了低阶燃烧动力学模型以及一维分布式火焰传递函数的表达式。
这些结果从守恒方程组出发,描述了燃烧动力学过程中放热率脉动和流场扰动之间的关系,它们的成立并不依赖于具体的燃料组织方式或燃烧模型,对于预混、非预混、以及部分预混燃烧都是成立的。
接着,论文以一个理想的二维平板非预混火焰作为研究对象,通过格林函数法,解析计算了这个典型非预混燃烧过程的一维分布式火焰传递函数,研究了非预混火焰不稳定燃烧过程中的一类重要问题:热斑的产生及其演化过程,分析其影响因素。
接下来,通过分析直接数值模拟的计算结果,得到了非预混火焰放热率脉动时间变化率的空间相关函数表达式,从而简化了非预混燃烧过程中直接燃烧噪音的计算方法。
通过燃烧过程中特征量对直接数值模拟结果的无量纲化,使得分析计算的结果表征了非预混燃烧过程中直接燃烧噪音的本质,使结果具有一般性。
在第五章,以一个真实的燃气轮机模型燃烧室为例,通过数值计算,预测了模型燃烧室的自激振荡燃烧状况。
通过线性声学的理论推导,得到了描述燃烧室上下游声学边界条件的声阻抗表达式,使得数值计算的区域可以只考虑燃烧区。
最后,讨论了非预混火焰热声耦合振荡燃烧对于宽频扰动的激发模态。
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。