管道内甲烷_空气预混爆炸燃烧的数值模拟fluent
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预混燃烧的燃烧模型摘要为了达到抑制污染物排放,实现燃料的清洁燃烧的目的,人们采取了很多办法。
“节能减排”促使燃烧系统采用贫燃燃烧技术,它具有降低NOx、CO等污染物,提高燃烧效率的作用。
但这种燃烧方式的燃烧极限范围很窄,而且火焰稳定性差,容易诱发燃烧系统的不稳定性,如火焰的热声耦合振荡,这种不稳定性会造成更大的污染和浪费。
新型燃烧器的设计必须克服这些缺点,以达到“节能减排”的目的。
首先本文以FLUENT软件为平台,构建了合理的数学物理模型,对甲烷-空气预混燃烧过程进行了数值模拟,实验证明,贫燃料燃烧及贫氧燃烧都可以起到降低污染物排放的目的。
并利用数值模拟的方法针对不同燃烧模型的情况下甲烷的预混燃烧的特性进行分析,观察其NO)的分布情况,发现预混燃烧的相关规律,寻求燃烧速度场、温度场、以及污染物(X的最佳工况。
其次本文了解不同燃烧模型对流场结构、燃烧结构的影响,与实验结果比较,探讨如何改进数值模拟,提高设计精度,同时找出预混火焰稳定性规律,探讨抑制燃烧不稳定性的策略。
本文通过数值计算,得到了在不同燃烧模型下柱状燃烧室内甲烷燃烧的数值模拟结果,分析发现,燃烧模型的不同对甲烷燃烧特性的影响也不同。
通过对燃烧速度分布图,火焰温度分布云图,燃烧的污染物NO的云图进行分析研究,得出结论。
关键词预混燃烧数值模拟FLUENT 部分预混燃烧Title Pre-mixing combustion combustion modelAbstractIn order to achieve inhibit pollutants, realize fuel clean burning purpose, people taken a lot of measures. "Energy conservation and emission reduction" prompted combustion system using poor fuel combustion technology, it has to reduce pollutants such as NOx, CO, increase the combustion efficiency role. But this kind of combustion way combustion limit range is very narrow, and flame stability is poor, and likely to cause combustion system instability, such as flame of thermoacoustic oscillation, the coupling instability will cause more pollution and waste. New burner's design must overcome these shortcomings, to achieve "the purpose of energy saving and emission reduction".Firstly this paper with FLUENT software for the platform, and constructs the reasonable mathematical physics model of methane - air pre-mixing combustion process was simulated, the experiment proof, the poor fuel combustion and poor oxygen burning can reducing pollutant purpose. And using the method of numerical simulation of combustion model for different under the condition of pre-mixing combustion characteristics of methane areanalyzed, observe its velocity field and temperature field, and the distribution of pollutants (), found the relevant law pre-mixing combustion, seeking the best condition burning. Then this paper to understand different combustion model convection field structure, the influence of combustion structure, compared with the experimental results, this paper discusses how to improve the design accuracy numerical simulation, and at the same time, improve the stability pre-mixed flame out rules and explore the inhibiting combustion instability strategy.This article through numerical calculation, obtained in different combustion model columnar combustion chamber under the numerical simulation results of methane combustion, analysis, we found that the different combustion model for the influence of methane combustion characteristic of different also. Through the burning rate distribution, the flame temperature distribution of convective, the combustion pollutants analysis of NO cloud, draws the conclusion.Keywords:Pre-mixing combustion Numerical simulation FLUENT Part pre-mixing combustion绪论课题的研究背景及意义燃烧室作为燃气轮机中最重要的部件,是利用燃料的燃烧,提高进入涡轮的气流温度的装置。
fluent甲烷反应机理设置
Fluent是一种流体动力学模拟软件,可以用来模拟化学反应过程。
在设置甲烷反应的机理时,需要考虑以下几个方面:
1. 反应机理选择,首先需要选择合适的甲烷燃烧反应机理。
常见的机理包括GRI-Mech、JetSurf、以及其他机理。
选择合适的反应机理对模拟结果的准确性具有重要影响。
2. 化学反应设置,在Fluent中,需要设置甲烷燃烧的化学反应过程。
这包括甲烷的燃烧反应方程式、反应速率常数、燃烧产物的生成等。
这些参数的设置需要基于所选的反应机理进行调整。
3. 边界条件设置,在模拟甲烷反应过程时,需要设置合适的边界条件,包括进料气体的温度、压力、速度等。
这些边界条件对于模拟结果的准确性至关重要。
4. 网格设置,在Fluent中,需要建立合适的网格来模拟甲烷反应过程。
网格的细化和结构对于模拟结果的精度有重要影响,需要根据具体情况进行合理的网格划分。
5. 求解设置,在进行甲烷反应模拟时,需要设置合适的求解器和收敛准则,以确保模拟结果的稳定性和准确性。
总的来说,Fluent中设置甲烷反应机理涉及到选择合适的反应机理、化学反应设置、边界条件设置、网格设置以及求解设置等多个方面。
只有综合考虑这些因素并合理设置,才能得到准确的甲烷反应模拟结果。
fluent模拟设置一、模型1.能量方程:打开能量方程2、湍流模型:选用realizablek-ε湍流模型和标准壁面函数standardwallfn3.辐射模型,采用离散坐标辐射(do)模型模拟炉内辐射传热,每两次迭代计算更新一次辐射场,加快计算收敛速度4、组分输运+涡耗散化学反应模型(ed),对于碳氢化合物燃烧系统,燃烧反应可能包含有上百个中间反应,其计算工作量大,不便于工程应用。
为满足工程问题的需要,目前常采用两步反应系统和四步反应系统。
本文中研究的是甲烷燃烧,选用edm模拟由燃烧引起的传热传质,考虑两步反应,即:2ch4+3o2=2co+4h2o2co+o2=2co2根据不可压缩理想气体的性质确定气体密度,选择分段线性比压热容,而不考虑分子扩散和气体内部热传导的影响。
二、混合物及其构成组分属性在化学反应模拟过程中,需要定义混合物的属性,也需要对其构成成分的属性进行定义。
重要的是在构成成分的属性设置前对混合物的属性进行定义,因为组分特性的输入可能取决于用户所使用的混合物数学定义方式。
对于属性输入,一般的顺序是先定义混合物组分、化学反应,并定义混合物的物理属性,然后定义混合物中组分的物理属性。
1、定义混合物中的组分2、定义化学反应3.确定混合物的物理性质4、定义混合物中组分的物理属性三、边界条件在仿真中需要设置每个组分的入口质量分数,另外在出口出现回流情况下,对于压力出口用户应该设置组分质量分数。
1.内环/外环火孔的出口是气体和一次空气混合物的入口。
采用速度入口边界条件。
重庆燃气低热值36.75mj/m3,理论需气量9.537m3/m3,实测燃气流量0.42m3/h,实测一次空气系数0.674,圆形火孔总面积453mm2,火孔出口流速1.913m/s,速度方向与边界垂直。
混合物温度为288k,混合物的发射率,以及每种成分的体积分数:甲烷13.06%,氧气18.18%,其余为氮气。
2、流体域顶部边界为烟气出口,采用压力出口边界条件,压力为大气压力即表压为零,烟气温度,发射率,烟气组分3.二次空气入口为速度入口,速度为0.1m/s,温度为288k,发射率为,各成分的体积分数氧气为0.21,氮气为0.794、锅底和锅周采用定温边界条件,根据国标测试要求,由水初温19.5℃,水终温50.5℃,取平均值为308k。
甲烷-空气湍流预混V形火焰特性的数值模拟
王宝瑞;雷宇;张孝谦
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】2004(0)S1
【摘要】应用RNG K-ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧速率模型,模拟了湍流预混V形火焰的起燃过程。
数值模拟首先得出了圆柱形稳定杆后的卡门涡街,并进一步给出了火焰锋面在传播中的特征。
在火焰点燃的初期,火焰的形状受到稳定杆尾流的卡门涡街的很大影响。
随着火焰向前传播,涡街渐渐消失。
火焰锋面的传播过程与差分干涉方法得到的实验测量值吻合较好。
【总页数】4页(P229-232)
【关键词】预混燃烧;数值模拟;V形火焰
【作者】王宝瑞;雷宇;张孝谦
【作者单位】中国科学院工程热物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TK16
【相关文献】
1.甲烷-空气预混燃烧时火焰传播中障碍物影响的数值模拟研究 [J], 丁海波
2.甲烷/空气预混火焰淬熄的数值模拟 [J], 许军
3.CH4/空气和C3H8/空气预混湍流火焰结构及湍流火焰速度测量 [J], 俞森彬;王金华;聂要辉;张猛;金武;黄佐华
4.管道内甲烷-空气预混火焰传播特性的实验与数值模拟研究 [J], 何学超;孙金华;陈先锋;袁国杰
5.基于二阶矩封闭湍流模型的非预混湍流火焰的数值模拟 [J], 李国岫
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甲烷燃烧温度随过剩空气系数变化数值模拟李振;李佳璇【摘要】采用Fluent软件的ED燃烧模型对不同过剩空气系数α下圆柱空腔内甲烷燃烧进行二维稳态模拟,得出其温度场的变化规律.圆柱空腔长2m,直径为0.6m,保持燃烧器额定功率230 kW不变,即保持燃气的喷射速度不变,保持燃气与空气的温度不变,使α在1.05~1.80范围内变化.结果表明:α对于甲烷燃烧的最高燃烧温度具有明显的影响,最高燃烧温度随α增大呈线性逐渐降低;改变α后最高燃烧温度均出现在x=1.2m左右,在此之前燃烧温度呈二次函数增长,在此之后燃烧温度呈线性缓慢减小并保持平稳,这表明α只影响炉膛内最高燃烧温度的值及高温区的范围,不能影响炉膛内温度的变化趋势.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2019(039)001【总页数】5页(P38-42)【关键词】过剩空气系数;圆柱空腔燃烧;温度场;二维稳态数值模拟【作者】李振;李佳璇【作者单位】山东省冶金设计院股份有限公司,山东济南250101;山东建筑大学热能工程学院,山东济南250101;山东济华燃气有限公司,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】TK224.11 概述目前,除了实验方法研究燃烧,还有一种比较好的方法,就是利用计算流体力学进行数值模拟。
计算流体力学(CFD)是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分方程组,并且对上述现象进行过程模拟。
CFD可用来进行流体力学的基础研究、复杂流动结构的工程设计,了解在燃烧过程中的化学反应,分析实验结果等[1-2]。
其基本特征是数值模拟和计算机实验。
Fluent是用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的计算机程序,是一种比较常用的CFD软件。
Fluent软件对预混及非预混等各种复杂的燃烧问题有比较好的研究效果,尤其是内置的化学反应模型自诞生以来一直占据着非常重要的地位[3-6]。
2 圆柱空腔燃烧的物理模型本数值模拟原本是三维几何模型,但是,考虑到以下原因:该三维模型为轴对称图形且具有旋转轴,Fluent软件提供了Axisymmetric Swirl的二维代替三维模拟的计算方式,二维模拟可以生成质量更高、数量更少的计算网格,我们采用二维对称轴旋转成三维的几何模型代替三维几何模型,获得了同等精度范围的模拟结果。
多孔介质内预混合燃烧的二维数值模拟刘宏升;张金艳;解茂昭【摘要】为了研究预混气在多孔介质内过滤燃烧特性,根据多孔介质燃烧理论,建立了甲烷/空气预混气在堆积床内燃烧的二维双温模型。
给出了当量比、入口速度和小球直径等参数对温度分布的影响,分析了燃烧器内氧化铝小球的蓄热特性。
结果表明:火焰面的前缘呈抛物线形状,燃烧波波速在0.1 mm/s数量级;随着当量比增加,波速度减小,燃烧区域范围扩大;随着入口流速增大,燃烧最高温度升高,火焰面宽度变窄,燃烧波波速增大;随着氧化铝小球直径增大,火焰面厚度变窄,燃烧波速度增大;氧化铝小球在过滤燃烧中体现出良好的蓄热能力。
%In order to study the premixed filtration combustion characteristics of a porous medium, a two-dimensional combustion model of premixed gas in a porous medium was established based on the theory of porous medium combus-tion. The influences of the equivalence ratio, the intake velocity and the spherule diameter on temperature distribution were discussed. The heat storage properties of the alumina spherule in the burner were analyzed. The results show that the front edge of the flame presents a parabola structure and the combustion wave velocity has an order of 0.1 mm/s. The burning area extends and the combustion wave velocity decreases with the increasing of the equivalence ratio. Higher peak temperature, narrower flame width and faster combustion wave velocity occur as the inlet velocity increa-ses. The flame width gets narrower and the combustion wave velocity increases with the increasing of the spheruledi-ameter. The alumina spherule shows a good heat storage capacity in the premixed filtration combustion.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】6页(P814-819)【关键词】多孔介质;过滤燃烧;二维数值模拟;蓄热;当量比【作者】刘宏升;张金艳;解茂昭【作者单位】大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TK411.1过滤燃烧即多孔介质中的燃烧是自然界和工程中广泛存在的一种燃烧现象,因其具有燃烧效率高、可燃极限大、污染物排放低等特点,受到国内外学者的广泛关注[1]。
中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号:084177甲烷旋流预混燃烧的数值模拟研究杨朝乐,林伟荣,原 鲲*,于溯源清华大学核能与新能源技术研究院,北京 100084(*摘要:本文采用数值模拟手段,对甲烷旋流射流预混火焰进行了研究,重点考察了射流出口旋流数、反应当量比和射流出口速度对火焰形貌,以及NOx 和CO 排放的影响。
研究结果包括:NOx 和CO 的排放随着当量比的降低而下降;旋流可使CO 排放大幅下降,但主要发生在弱旋工况;对于弱旋流火焰,预混射流速度的提高增加了CO 排放,而在中强旋工况下,情况正好相反。
本研究结果为以后的实验设计和开展提供了理论指导。
关键词:预混,旋流,燃烧0 前言随着我国社会经济的快速发展,对包括天然气在内的清洁能源的需求正逐年上涨。
目前我国天然气占一次能源消费比重不到3.5%,尚不足国际水平(25%左右)的1/7。
但年度消费量增长迅速,近年来每年增幅在10%以上。
天然气已经成为一些城市客车的重要交通燃料,也成为北方许多城市冬季采暖的首选燃料。
与燃煤相比,天然气没有二氧化硫和粉尘排放,被称为清洁燃料,但是在氮氧化物(NOx )减排方面效果有限。
天然气主要成分为甲烷,其燃烧产生的NOx 污染正逐渐引起人们关注。
天然气燃烧产生氮氧化物的机理主要是热力型氮和快速型氮,其中快速型氮的生成过程相对复杂,但热力型氮是最主要的生成产物,而且排放水平和火焰温度高度相关。
采用贫燃料预混火焰,可以大幅度降低火焰温度,从而将NOx 排放控制在很低的水平[1]。
预混火焰越接近贫燃极限,NOx 排放越低。
但是在接近贫燃极限的工况下,如何使预混火焰得到稳定成为问题的瓶颈。
作为一种稳定火焰的方式,旋流燃烧的火焰稳定能力已得到实践检验[2],传统上还主要用来稳定扩散火焰。
旋流燃烧的主要功能包括:1)在火焰中心形成回流区以实现火焰稳定;2)强化燃气混合以提高燃烧效率;3)缩短火焰长度以节省燃烧室尺寸。
组分传输与气体燃烧
题目:长为2m,直径为0.45m的圆筒形燃烧器结构,燃烧筒壁上嵌有三块厚0.005m,高
0.05m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0.01m、长0.01m、壁厚为0.002m的小喷嘴,甲烷以60m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。
空气从喷嘴周围以0.5m/s的速度进入燃烧器。
总当量比大约是0.76,甲烷气体在燃烧器中高速流动,并与低速流动的空气混合,基于甲烷喷口直径的雷诺数约为5700。
一:前处理——利用GAMBIT建立计算模型,其基本结构及网格画法如下图
几何结构示意图
燃烧筒网格图
1:启动FLUENT-2d,显示网格如下图
2迭代计算如,:残差图如下
残差监测曲线
3:显示计算结果,速度分布云图如下:
温度分布云图。
计算流体力学作业FLUENT 模拟燃烧
一、模拟对象描述
圆柱型火焰燃烧器的结构图1所示。
火焰是湍流扩散火焰,在进口的中心处有一个小喷嘴。
甲烷以80m/s的速度从小喷嘴中射入,周围空气以0.5m/s 的速度流入燃烧器,过量空气系数为1.28。
在甲烷和空气之间用一层外墙隔开。
甲烷流动的雷诺数为5700.甲烷与空气的反应采用最常见的单步总包反应,而且认为反应是扩散控制的,因此使用涡耗散模型对其进行模拟。
图1 二维湍流扩散燃烧器中甲烷空气燃烧
二、实例操作步骤
1.利用GAMBIT建立计算区域和指定边界条件类型。
2.利用FLUENT求解器求解
步骤1:网格的相关操作
启动二维FLUENT,在菜单中点击File-Read-Case…,在相应目录中,找到自己生成的gascomb.msh。
点击Grid-Check,检查网格。
点击Grid-Scale…,设定网格尺寸,将网格改为按毫米生成。
点击Grid-Check,检查一下计算域是否正确:X的最大值是1.8,Y的最大值是0.225.然后关闭对话框。
点击Display-Grid…显示网格
步骤2:模型的设定
步骤3:材料属性设定
步骤4边界条件的设定
步骤5:设定初始条件和其他求解控制参数设置
残差随迭代逐渐收敛情况步骤6:结果显示
温度等值线云图。
fluent燃烧案例
一个典型的fluent燃烧案例可以是用于模拟内燃机燃烧过程。
内燃机通过燃烧混合气体(通常是汽油或柴油)来产生动力。
利用FLUENT软件,可以模拟燃烧室内燃烧过程的流动和热
学性质,以及燃烧产物的生成和分布。
在该案例中,首先需要建立内燃机的几何模型。
这可以通过CAD软件绘制出引擎的各个部分,包括气缸、活塞、阀门等。
然后,将模型导入FLUENT中,并设置适当的边界条件和初
始条件。
接下来,需要定义燃烧模型。
根据燃料的类型和燃烧室的设计,可以选择适当的燃烧模型,如预混合燃烧模型、不完全燃烧模型等。
还需要输入燃料的物理性质参数,如燃烧温度、燃烧速率等。
然后,设置求解器和数值方法。
FLUENT提供了多种求解器
和数值方法,用于求解Navier-Stokes方程、能量守恒方程、
物质守恒方程等。
根据具体情况,选择合适的求解器和数值方法。
最后,进行模拟计算并进行后处理。
通过求解器和数值方法,可以得到燃烧室内流场、温度场和燃烧产物分布。
利用后处理工具,可以对这些结果进行可视化、统计和分析,以评估燃烧过程的效率和性能。
总之,上述案例展示了利用FLUENT进行内燃机燃烧过程模
拟的一般流程。
通过模拟和分析,可以优化燃烧室的设计,并预测燃烧产物的生成和分布,从而提高内燃机的燃烧效率和排放性能。