基于fluent的甲烷燃烧二维模拟分析
陈飞 1434422
(同济大学汽车学院，上海)
摘要: 目前，由于环境污染和排放法规的日趋严格，降低排放已经成为了汽车工业的重点，而寻求清洁的替代燃料是一种较为有效的解决办法。甲烷属于可再生气体燃料，可以实现与空气的良好预混，利用fluent进行甲烷燃烧的数值模拟进行仿真分析。Fluent提供了涡耗散模型用于求解燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流控制的单步或双步总包燃烧反应。根据模拟结果分析甲烷作为车用替代燃料的可行性。
关键词: 替代燃料；燃烧的数值模拟；甲烷燃烧；fluent仿真
1. 引言
燃烧是燃料与氧化剂之间的发光发热的化学反应，根据反应前各组分的分布，可以分为预混燃烧，扩散燃烧和部分预混燃烧。其中预混燃烧较多的应用于汽车工业的车用汽油发动机。目前，由于环境污染和排放法规的日趋严格，降低排放已经成为了汽车工业的重点，而寻求清洁的替代燃料是一种较为有效的解决办法。
1.1. 燃烧的数值模拟
燃烧的数值模拟是通过CFD软件实现对实际燃烧过程的仿真模拟，求解流畅流动特性及其混合特性，温度场、组分浓度场以及颗粒和污染物排放等，从而提供实际燃烧过程的参考，对于产品研发，科学研究都有很大的意义。
燃烧的数值模型主要运用模拟软件根据燃烧模型进行仿真，目前可用于燃烧数值模拟的软件有FLUENT,STAR-CD,CHEMKIN,KIVA等。燃烧模型主要根据不同燃烧的特点设置求解参数，包括如下内容：稀疏相模型、输运控制方程、燃烧模型、辐射换热模型、污染物模型。
Fluent提供了涡耗散模型用于求解燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流控制的单步或双步总包燃烧反应。其中对于反应r中的物质i的产生速率
由下面两个式子给出：
（1.1）
（1.2）
式中，
——任何一种产物的质量组分；
——某种产物的质量组分；
——经验常数4.0；
——经验常数0.5。
1.2. 甲烷性质介绍
- 1 - fluent 燃烧 算例
本文介绍了fluent软件在燃烧流动领域的应用算例。首先介绍了燃烧流动的基本概念和fluent软件的基本使用方法，然后通过具体的算例来展示 fluent 软件在燃烧流动中的应用。
算例一：气体燃烧室内部流动分析。通过建立三维模型，使用
fluent 软件对燃烧室内部的流动进行模拟和分析，得到了室内流场的速度分布、温度分布等参数，为燃烧过程的优化和控制提供了重要的参考和依据。
算例二：柴油机燃烧过程的数值模拟。通过建立柴油机的三维模型，结合燃油喷射的过程和燃烧反应机理，使用 fluent 软件对柴油机燃烧过程进行数值模拟，得到了燃烧的温度、压力、速度、质量分数等相关参数，为柴油机的性能优化和燃烧控制提供了重要的参考和依据。
算例三：天然气管道燃烧事故的模拟分析。通过建立天然气管道的三维模型，结合管道内的燃烧反应机理，使用 fluent 软件对天然气管道的燃烧事故进行模拟和分析，得到了燃烧事故的发展过程、温度、压力等参数，为燃气安全事故的预防和控制提供了重要的参考和依据。
以上三个算例展示了 fluent 软件在燃烧流动领域的广泛应用和高效性能，为燃烧流动领域的研究和实践提供了重要的工具和技术支持。
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。
航空发动机
1引言
燃气轮机燃烧室的传统设计
方法主要是依靠经过分析、总结的
大量试验数据后，得到的经验公
式，而由此设计出的方案还要再通
过反复试验来验证、
完善及筛选。
因此，传统燃烧室设计需要耗费大
量时间、人力、物力和财力[1]。
近来，计算流体力学和计算
燃烧学的迅速发展以及计算机商
业软件的广泛应用，使得以计算
机模拟、诊断技术研究为主的新
型设计方法逐步趋向成熟，虽然目前还不能替代传统的设计方
法，但可作为辅助设计手段，以缩
短燃烧室设计周期，减少设计费
用。
本文在已有燃烧室试验结果的基础上，使用Fluent软件，对
R0110重型燃气轮机逆流环管型
燃烧室单个火焰筒内部的流场进
行了全尺寸的三维数值模拟计算，并与试验结果进行了比较分齐兵（1981），男，主要从事燃气
轮机燃烧室设计工作。
收稿日期：2008-05-13R0110重型燃气轮机燃烧室
三维数值模拟
齐兵，金戈，顾铭企
（沈阳发动机设计研究所，沈阳110015）
摘要:采用SIMPLE算法，应用带有旋流修正的k-ε双方程湍流模型及有限速率/
涡耗散化学反应模型，对R0110重型燃气轮机逆流环管型燃烧室单个火焰筒进行了三
维数值模拟计算。将计算出的燃烧室出口温度场的分布、品质及火焰筒壁温与试验结果
进行了对比分析。燃烧室进口流量、温度、压力等气动参数均与试验时保持一致，火焰筒
各部分空气流量也均按火焰筒空气流量分配试验结果给定。计算和对比分析的结果表
明，计算得到的燃烧室出口温度场的分布、品质及火焰筒壁温分布与试验结果比较接
近。
关键词：燃烧室；数值模拟；重型燃气轮机；温度场；品质；壁温
3DNumericalSimulationofR0110HeavyDutyGasTurbineCombustor
QIBing,JINGe,GUMing-qi
(ShenyangAeroengineResearchInstitute,Shenyang110015,China)
Abstract:3DnumericalsimulationofthesinglelinerwasperformedfortheR0110
