《fluent系列资料6之组分传输与气体燃烧问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《fluent系列资料6之组分传输与气体燃烧问题（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、组分传输与气体燃烧问题组分传输与气体燃烧问题 问题描述：问题描述： 燃烧器模型如图所示，燃料甲烷在底部平面中央通过喷嘴射入空间，喷口为圆形，直径 为 0.3m， 质量流量为 13.1g/s,温度为1000K； 空气入口距底部0.1m处， 入口大小为 2m0.12m， 燃烧产物以稳定流量 95.1g/s 通过 W 方向平面方形口 （边长为 0.65m)排出 （距底部 3.6m 处） 。 本题涉及到： 一、利用GAMBIT建立燃烧器计算模型 （1） 在GAMBIT中画出燃烧器的图形； （2） 对各条边定义网格节点的分布； （3） 在面内创建网格； （4） 定义边界类型； （5） 为FLUENT5/
2、6输出网格文件。 二、利用FLUENT-3D求解器进行求解 （1） 读入网格文件； （2） 确定长度单位：MM； （3） 确定流体材料及其物理属性； （4） 确定边界类型； （5） 计算初始化并设置监视器； （6） 使用非耦合、隐式求解器求解； （7） 利用图形显示方法观察流场、压力场与温度场。 一、利用一、利用 GAMBIT 建立燃烧器计算模型建立燃烧器计算模型 第一步：启动第一步：启动 GAMBIT 并选定求解器并选定求解器 FLUENT 5/6 第二步：创建燃烧器主体第二步：创建燃烧器主体 操作操作：GEOMETRYVOLUMECREATE VOLUME 弹出reate Real Bri
3、ck“设置对话框如图所示 （）在 width(x)右侧填入 6; （）在 Depth(y)右侧填入 4; （）在 Height(z)右侧填入 4.5; （）保留 Coordinate Sys.（坐标系统）的默认设置； （）在 Direction 项，选择X+Y+Z; （）点击 Apply,点击 FIT TO WINDOW所创建的立方体如图 2 所示 图 1 立方体设置对话框 图 2 燃烧器主体 第三步：创建进口和出口部分第三步：创建进口和出口部分 1. 创建燃料甲烷的进口创建燃料甲烷的进口 操作操作：GEOMETRYVOLUMECREATE VOLUME 在“Greate Real Cylin
4、der”设置对话框 3 中进行如下设置 （）在 Height (进口管长度）右侧填入 0.3； （）在 Radius1(半径）右侧填入 0.15； （）在 Radius2 (半径）右侧保留为空白； （）保留 Coordinate Sys.（坐标系统）的默认设置； （）在 Axis Location (进口管的中心轴）项，选择 Positive Z（沿 Z 轴正向） ； （）点击 Apply 图 3 创建燃料进口设置对话框 2. 创建空气的进口创建空气的进口 操作操作：GEOMETRYFACECREATE REAL RECTANGGER FACE （）在 Width (宽度）右侧填入 0.12；
5、 （）在 Height(高度）右侧填入 2； （3）保留 Coordinate Sys.（坐标系统）的默认设置； （4）在 Direction 选择+Z+X（沿+Z+X 轴） ； （5）点击 Apply 图 4 创建空气进口设置对话框 3. 创建方形出口创建方形出口 操作操作：GEOMETRYVOLUMECREATE VOLUME 弹出reate Real Brick“设置对话框如图所示 （）在 width(x)右侧填入 0.65; （）在 Depth(y)右侧填入 0.65; （）在 Height(z)右侧填入 0.65; （）保留 Coordinate Sys.（坐标系统）的默认设置； （
6、）在 Direction 项，选择X+Y+Z; （）点击 Apply, 图 5 创建出口设置对话框 第四步：移动进出口各部分到相应位置第四步：移动进出口各部分到相应位置 1.移动进口圆柱移动进口圆柱 操作操作：GEOMETRYVOLUMEMOVE/COPY/ALIGN VOLUMES 打开“Move/Copy Volumes”设置对话框如图 6 所示 图 6 移动/复制对话框 图 7 移动/复制对话框 图 8 移动/复制对话框 2.移动空气进口面：移动空气进口面： 操作操作：GEOMETRYFACEMOVE/COPY/ALIGNVOLUMES， 打开“Move/Copy Volumes”设置对
7、话框如图 7 所示 3.移动方形出口 操作操作：GEOMETRYVOLUMEMOVE/COPY/ALIGNVOLUMES 打开“Move/Copy Volumes”设置对话框如图 8 所示 第五步：将进口圆柱第五步：将进口圆柱,出口方形出口方形、空气进口面与燃烧器主体联结为一体空气进口面与燃烧器主体联结为一体 1. 进口圆柱和出口方形与燃烧器主体联结为一体：进口圆柱和出口方形与燃烧器主体联结为一体： 操 作操 作 ：GEOMETRYVOLUMEBOOLEAN OPERATIONS 打开“Unite Real Volumes”对话框 9 所示 图 9 合并体积选择对话框 2. 方形进口面与燃烧器
8、主体联结为一体：方形进口面与燃烧器主体联结为一体： 操作操作：GEOMETRYVOLUMESPLIT VOLUME 打开“Unite Real Volumes”对话框 10 所示 图 10 合并面积选择对话框 图 11 燃烧器主体 第六步：划分面网格和体网格第六步：划分面网格和体网格 1.划分面网格划分面网格 操作操作：MeshFaceMesh Faces 打开“Mesh Faces”对话框如图 12 所示 图 12 面网格划分设置对话框 图 13 面网格划分示意图 进口面和壁面，出口面和壁面的网格划分方法相同。 2.划分划分体体网格网格 操作操作：MeshVOLUMEMesh VOLUMEs
9、 打开“Mesh VOLUMES”设置对话框如图 14 所示 图 14 体网格设置对话框 图 15 网格划分图 第七步：设置边界类型第七步：设置边界类型 操作操作：ZONES SPECIFY BOUNDARY TYPES 打开边界类型设置对话框如图 16 所示 边界名称 边界类型 CH4 进口 ch4inlet MASS_FLOW_INLET 空气进口 air inlet VELOCITY-INLET 燃烧器出口 outlet OUTFLOW 图 16 边界条件对话框 第八步：输出第八步：输出 3D 网格网格 操作操作：FileExportMesh 输出 3D 网格，完成 Gambit 前处理
10、。 图 17 保存网格文件 二、利用二、利用 FLUENT_3D 求解器进行模拟计算求解器进行模拟计算 第一步：与网格相关的操作第一步：与网格相关的操作 1读入网格文件读入网格文件 操作操作：FileReadCase 25355 nodes. 14062 mixed wall faces, zone 3. 169 mixed outflow faces, zone 4. 80 mixed velocity-inlet faces, z one 5. 40 mixed mass-flow-inlet faces, zone 6. 247423 mixed interior faces, zone
11、 8. 127028 mixed cells, zone 2. 2检查网格检查网格 操作操作：GridCheck 3显示网格显示网格 操作操作：DisplayGrid 图 18 显示网格的设置 图 19 燃烧器模型的网格 第二步：设置求解模型第二步：设置求解模型 1定义计算域为定义计算域为 3D，且保持缺省的求解，且保持缺省的求解器器 操作操作：DefineModelsSolver 打开“Solver”对话框如图 20 所示 2选用选用 k- 模型湍流模型模型湍流模型 操作操作：DefineModelsViscous 打开“Viscous Mode”对话框如图 21 所示 图 20 求解器对话
12、框 图 21 黏性模型对话框 3激活能量方程以启动传热计算激活能量方程以启动传热计算 操作：DefineModelsEnergy 图 22 能量方程对话框 4启动化学组分传输和反应启动化学组分传输和反应 操作：DefineModelsSpecies （）在 Model 下选择 Species Transport； （）在 Reactions 下选择 Volumetric； （）在 Mixture Material 下拉列表中选择甲烷空气； ( 4 ) 在 Turbulence-Chemistry Interaction 中选择 Eddy-Dissipation； 图 23 化学组分模型对话框
13、（）点击（）点击 OK； 图 24 信息对话框 ( 6 ) 点击点击 OK 继续继续 第三步：流体材料设置第三步：流体材料设置 操作操作：DefineMaterials 如图 25 所示，“Materials”面板中显示出在“Species Model”面板中已启动的混合材料， 甲烷空气此混合物的物性已从 FLUENT 数据库拷贝出来，也可以在这里修正这些数据 图 25 材料对话框 （）在 Density 下拉列表中选择 incompressible-ideal-gas； （）点击 Mixture Species 右边的 Edit 按钮，打开“Species”面板；如图 26 所示 （）点击
14、Cancel 关闭该面板，不作任何改变； （） 在“Material”面板中， 点击 Reactions 下拉列表右边的 Edit ， 打开“Reactions”面板 如 图 27 所示； （）点击 OK 接受 Mixing Rate 常数的缺省设置； （）使用滚动条检查其余的物性点击 Change/Create 接受材料物性的设置并关闭此面板。 图 26 材料组分对话框 图 27 材料化学反应对话框 第四步：边界条件设置第四步：边界条件设置 燃烧产物出口 outlet：类型 OUTFLOW,保留缺省设置。 1打开边界条件面板打开边界条件面板 操作操作：DefineBoundary Condi
15、tions 打开“Boundary Conditions”对话框如图 28 所示 计算：空气入口 air-inlet：类型 VELOCITY_INLET、温度 300K、流速 0.4m/s。 由公式 k1.5*(u*L) 2 ,得 k8.2e5 由公式 epsilon0.090.75*k1.5/L, 得 epsilon4.3e6 图 28 边界条件对话框 图 29 边界条件对话框 2设定燃料进口设定燃料进口 fuelinlet 的边界条件的边界条件 如图 30 所示，赋予如“Velocity Inlet”面板所示的进口边界条件 燃料 CH4 入口 inlet2：类型 MASS_FLOW_INLET、流量 0.0131g/s。 由公式 k1.5*(u*L) 2 ,u0.28m/s，得 k5.2e5 由公式 epsilon0.090.75*k1.5/L, 得 epsilon2.9e6 图 30 燃料速度进口边界条件 3设定出口设定出口 outlet 的边界条件的边界条件 图 31 出口边界条件 第五步：使用常比热容的初始化并求解第五步：使用常比热容的初始化并求解 1设定初场设定初场 操作操作
