《FLUENT算例 (9)模拟燃烧PDF.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FLUENT算例 (9)模拟燃烧PDF.pdf（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、书 山 有 路 1 计算流体力学作业 FLUENT 模拟燃烧 组分传输与气体燃烧 问题描述 长为 2m 直径为 0 45m 的圆筒形燃烧器结构如图 1 所示 燃烧筒壁上嵌有 三块厚为 0 0005 m 高 0 05 m 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 01 m 长为 0 01 m 壁厚为 0 002 m 的小喷嘴 甲烷以 60 m s 的速度从小喷嘴注入燃烧器 空气从喷嘴周围以 0 5 m s 的速度进入燃烧器 总当量 比大约是 0 76 甲烷含量超过空气约 28 甲烷气体在燃烧器中高速流动 并与低速流动的 空气混合 基于甲烷喷嘴直径的雷
2、诺数约为 5 7 103 假定燃料完全燃烧并转换为 CH4 2O2 CO2 2H2O 反应过程是通过化学计量系数 形成焓和控制化学反应率的相应参数来定义的 利用 FLUENT 的 finite rate 化学反应模型对一个圆筒形燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动和 燃烧过程进行研究 1 建立物理模型 选择材料属性 定义带化学组分混合与反应的湍流流动边界条件 2 使用非耦合求解器求解燃烧问题 3 对燃烧组分的比热分别为常量和变量的情况进行计算 并比较其结果 4 利用分布云图检查反应流的计算结果 5 预测热力型和快速型的 NOX含量 6 使用场函数计算器进行 NO 含量计算 一 利用 GAMBIT
3、 建立计算模型 第 1 步 启动 GAMBIT 建立基本结构 分析 圆筒燃烧器是一个轴对称的结构 可简化为二维流动 故只要建立轴对称面上的 二维结构就可以了 几何结构如图 2 所示 1 建立新文件夹 在 F 盘根目录下建立一个名为 combustion 的文件夹 2 启动 GAMBIT 书 山 有 路 2 3 创建对称轴 创建两端点 A 0 0 0 B 2 0 0 将两端点连成线 4 创建小喷嘴及空气进口边界 创建 C D E F G 点 C D E F G x 0 0 01 0 01 0 0 y 0 005 0 005 0 007 0 007 0 225 连接 AC CD DE DF FG
4、5 创建燃烧筒壁面 隔板和出口 创建 H I J K L M N 点 y 轴为 0 225 z 轴为 0 H I J K L M N x 0 500 0 505 1 000 1 005 1 500 1 505 2 000 将 H I J K L M N 向 Y 轴负方向复制 距离为板高度 0 05 连接 GH HO OP PI IJ JQ QR RK KL LS ST TM MN NB 6 创建流域 将以上闭合线段创建为面 第 2 步 对空气进口边界进行网格划分 1 划分甲烷进口边界为等距网格 点击 Edges 右侧黄色区域 按下 Shift 鼠标左键 点击 AC 线段 Type 选 Succ
5、essive Ratio Radio 选 1 在 Spacing 下面白色区域右侧下拉列表中选择 Interval count 书 山 有 路 3 在 Spacing 下面白色区域内填入网格的个数 5 保留其他默认设置 点击 APPLY 2 划分空气入口边界为不等距网格 选择 FG 线时 若线段方向由 F 指向 G 则按住 Shift 键 用鼠标中 键点击 FG 线段 使线段方向由 G 指向 F 在 Type 项选择 Exponet 在 Ratio 项输入 0 38 Spacing 选择 Interval size 并输入 0 005 点击 APPLY 3 划分小喷嘴壁面为等距网格 把 CD
6、EF 线段划分为网格数为 4 的等距网格 把 DE 线段划分为网格数为 3 的等距网格 4 划分燃烧器出口边界为等距网格 把燃烧器出口边界 BN 划分为 35 个等距离网格 5 划分燃烧器壁面为网格 燃烧器壁面由 GH IJ KL MN 组成 在 Edges 项选择 GH IJ KL MN 在 Type 项选择 Bi exponent 在 Ratio 项输入 0 55 在 Spacing 项选择 Interval count 并输入 62 Apply 6 对壁筒上的三个隔板进行网格划分 把六个竖直边 HO IP JQ KQ LS MT 分别划分为 10 个等距网格 把三个横边 OPQRST 分
7、别化为 2 个等距网格 7 对整个计算域进行面网格划分 点击 Face 右侧黄色区域 按下 Shift 鼠标左键 点击面上的边线 在 Elements 选择 Quad 在 Type 项选择 Pave 在 Spacing 项选择 Interval size 并输入网格间距 0 008 Apply 第 3 步 设置边界类型并输出文件 1 设置甲烷速度入口边界 在 Action 项为 Add 在 Name 项填入边界名 inlet fuel 在 Type 项选择 WELOCITY INLET 点击 Edges 右侧黄色区域 按住 Shift 键点击 AC 线段 Apply 2 设置空气速度入口边界
8、书 山 有 路 4 在 Name 项填入边界名 inlet air 在 Type 项选择 WELOCITY INLET 在 Edges 项选择 FG 线段 Apply 3 设置压力出流边界 在 Name 项填入边界名 outlet 在 Type 项选择 PRESSURE OUT 在 Edges 项选择 BN 线段 Apply 4 设置对称轴边界 在 Name 项填入边界名 axis 在 Type 项选择 axis 在 Edges 项选择 AB 线段 Apply 5 设置小喷嘴的边界类型 在 Name 项填入边界名 zozzle 在 Type 下选择 WALL 在 Edges 项选择 CD DE
9、 EF 点击 apply 6 输出网格文件 在 File Name 项确认文件名 选择 Export 2 D X Y Mesh Apply 二 利用 FLENT 2d 求解器进行模拟计算 第 1 步 启动 FLENT 2d 求解器 读入网格文件 1 启动 FLUENT 2d 求解器 2 读入网格文件 combustion msh 3 检查网格 4 网格信息 5 网格长度单位设置 书 山 有 路 5 6 显示网格 第 2 步 设置求解模型 1 设置求解器 在 Solver 项选择 Segregated 在 Formulation 项选择 Implicit 在 Space 项选择 Axisymme
10、ric 在 Time 项选择 Steady OK 2 选用 k 湍流模型 在 Model 项选择 k epsilon OK 3 激活能量方程 选择 Energy Equation OK 4 启动化学组分传输和反应 在 Model 先选择 Species Transport 在 Reaction 下选择 Volumetric 在 Options 下选择 Diffusion Energy Source 在 Mixture Material 下拉列表中选择 methane air 在 Turbulence Chemistry Interaction 下选择 Eddy Dissipation OK 第
11、 3 步 流体材料设置 在 Denity 下拉列表中选择 incomprehensible ideal gas 在 Cp 项选择 Constance 输入 1000 点击 Mixture Species 右边的 Edit 点击 Cancel 书 山 有 路 6 在 Material 面板中 点击 Reaction 下拉列表右边的 Edit OK 使用滚动条检查其余的物性 点击 Chang Create 接受材料物性的设置并关闭对话框 第 4 步 设置边界条件 1 打开边界条件面板 2 设定空气进口 inlet air 的边界条件 在 Zone 项选择 inlet air 确定在 Type 项为
12、 velocity inlet 在 Velocity Magnitude 项输入空气入口速度 0 5 在Turbulence Specification Method 项选Intensity and Hydraulic Diameter 在 Turbulence Intensity 项输入 10 在 Hydraulic Diameter 项输入燃烧筒直径 0 45 Species Mass Fractions 项均为常数 且在 O2项输入 0 22 点击 OK 3 设定燃料进口边界条件 在 Zone 项选择 inlet fuel 确定 Type 项为 velocity inlet 点击 Set
13、 打开燃料速度入口边界设 置对话框 设置后点击 OK 4 设定压力出口边界条件 在 Zone 项选择 outlet 确定 Type 项为 pressure outlet 点击 set 打开压力出流白边界设置 对话框 进行设置 点击 OK 5 设定燃烧筒外壁的边界条件 在 Zone 项选择 wall 点击 set 打开壁面边界条件设置对话框 在 Thermal 选项卡中的 Thermal Conditions 项选择 Temperature 在 Temperature 项输入温度 300 保留其他默认设置 点击 OK 6 设置燃料进口喷嘴壁面的边界条件 在 Zone 项选择 nozzle 点击
14、set 打开喷嘴壁面边界设置对话框 在 Thermal 选项卡中 Thermal Conditions 项 选择 Heat Flux 在 Heat Flux 项保留默认的零值 保留其他默认设置 点击 OK 第 5 步 初始化流场并求解 1 设置求解控制参数 打开求解控制参数设置对话框 在 Under Relaxation Factors 项 设 置每个组分的松弛因子为 0 8 保留其他默认设置 点击 OK 2 流场初始化 书 山 有 路 7 在 Compute From 下拉列表中选择 all zones 设置 CH4为 0 2 调整温度初始值到 2000 点击 Init 3 在计算期间打开残
15、差图形监视器 打开残差监视器设置对话框在 Options 下 选择 Print 和 Plot 调整 energy 残差收敛标准为 1e 05 保留其他默认设置 点击 OK 4 保存 case 文件 打开文件保存对话框 键入文件名 combustion1 点击 OK 5 进行 1000 步迭代计算 打开迭代计算对话框 填入 1000 6 保存 case 和 data 文件 Case Data 保存的文件名为 combustion1 cas 和 combustion1 dat 7 绘制温度分布云图 打开绘制分布云图设置对话框 在 Option 项选择 Filled 在 Contours of 下
16、拉 列 表 中 选 择 Temperature 和 Static Temperature 保留其他默认设置 点击 Display 书 山 有 路 8 Fluent 是目前国际上比较流行的商用 CFD 软件包 在美国的市场占有率为 60 凡 是和流体 热传递和化学反应等有关的工业均可使用 它具有丰富的物理模型 先 进的数值方法和强大的前后处理功能 在航空航天 汽车设计 石油天然气和涡轮 机设计等方面都有着广泛的应用 CFD 商业软件 FLUENT 是通用 CFD 软件包 用来模拟从不可压缩到高度可压缩 范围内的复杂流动 由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术 因而 FLUENT 能达到最佳的收敛速度和求解精度 灵活的非结构化网格和基于解的自适 应网格技术及成熟的物理模型 使 FLUENT 在转换与湍流 传热与相变 化学反应 与燃烧 多相流 旋转机械 动 变形网格 噪声 材料加工 燃料电池等方面有广 泛应用 目前与 FLUENT 配合最好的标准网格软件是 ICEM 而不是早已过时的 GAMBIT FLUENT 软件包含三种算法 非耦合隐式算法 耦合显式算法 耦合隐式算法 是 商用软件
