焦炉煤气燃烧的数值模拟

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1、7.2焦炉煤气燃烧的数值模拟7.2.1案例简介本案例是利用有限速率反应模型，对焦炉煤气的燃烧过程进行数值模拟。燃烧室二维 模型如图7-2-1所示，燃烧室长2000mm，高500mm，焦炉煤气从左侧10mm高的进口高速 流入，助燃空气在左侧490mm进口流入，气体燃料与空气在燃烧室内充分混合并燃烧，利 用数值模拟计算得出燃烧室内温度场、速度场以及组分浓度等数据。IVEJI图7-2-1燃烧室二维模型7.2.2 Fluent求解计算设置1. 启动 Fluent-3D(1) 双击桌面Fluent14.0图标，进入启动界面。(2) 选中Dimensiom3D单选按钮，选中Double Precision

2、复选按钮，取消对Display Options下的三个复选按钮的选择。(3) 其它保持默认设置即可，单击OK按钮进入Fluent 14.0主界面窗口。2. 读入并检查网格(1) 执行菜单栏中的File一Read一Mesh命令，在弹出的Select File对话框中读入 pollutant.msh三维网格文件。(2) 执行菜单栏中的Mesh一Info一Size命令，得到如图7-2-3所示的模型网格信息： 共有22531个节点，44730个网格面，22200个网格单元。(2)执行菜单栏中的Mesh一Check命令。反馈信息如图7-2-4所示，可以看到计算域 三维坐标的上下限，检查最小体积和最小面积

3、是否为负数。LeuelCellsFacesNodesPartitions022200447302253111 cell zone, 1 Face zones.Mesh CheckDomain Extents:x-coordinate: min (m) = -2-, max (m) = 2-OOOOaOe+OO y-coordinate: min (m) = 0.00000Oe+00v max (m) = 5-0O0000e-O1 Uolume statistics:minimum uolume (m3): 1.OOOO0Oe-O6maximum volume (m3): 4-899114e-0

4、5total uolume (m3): 1.0OO2BOe+OO Face area statistics:minimum Face area (m2): 1 _ OOOOOOe-GiSmaximum Face area (m2): 1.O0O157e-02Checking meshDone .图7-2-4 Fluent网格信息3. 求解器参数设置(1)单击选择左边workspace中Problem Setup一General命令，在出现的General面板 中进行求解器的设置。(2)保持面板中的Scale下默认单位为m,保持默认设置，如图7-2-6所示。图7-2-6求解参数设置(3) 单击选

5、择Problem Setup一Model命令，对求解模型进行设置，如图7-2-7所示。(4) 双击 Models一Energy-off 选项(或选中 Energy-off，点击 Edit)，打开 Energy (能 量方程)对话框。(5) 在弹出的对话框中选择Energy Equation选项，如图7-2-8所示，单击OK按钮， 启动能量方程。(6) 在Models面板中双击Viscous-Laminar选项，弹出Viscous Model对话框，湍流模 型选择其中的k-epsilon(2 eqn)选项，如图7-2-9所示，单击OK完成设置。图7-2-8能量方程的启动图7-2-7能量方程选择图

6、7-2-9湍流模型选择(7)再次在Models面板中双击Species-off选项，弹出Species Model窗口，选中Species Transport 单选按钮，Reactions 下选中 Volumetric 复选按钮，Option 下选中 Inlet Diffusion 复 选按钮，Turbulence-Chemistry Interaction 下选择 Finite-Rate/Eddy-Dissipation 按钮，如图 7-2-10 所示，单击OK。图7-2-10组分传输模型选择4. 定义材料物性(1) 单击选择Problem Set叩一Materials命令，在出现的Mate

7、rials面板中对所需材料进 行设置，如图7-2-11所示。(2) 双击面板中的Materials一Mixture选项，弹出材料物性参数设置对话框，如图7-2-12 所示。(3) 材料物性参数设置对话框中，单击FLUENT Database按钮，弹出材料数据库窗口， Material Type下选择fluid选项，选择流体材料下的co(carbon-monoxide)选项，如图7-2-13所示，单击Copy按钮，复制一氧化碳物性参数到材料创建窗口。(4) 在材料创建窗口，单击Change/Create按钮，保存一氧化碳的物性参数。(5) 重复上述操作，分别从材料库复制加载Ch4, CO2, H

8、2的材料属性。图7-2-11材料选择面板图7-2-12混合物物性参数图7-2-13 一氧化碳物性参数选择5, 修改混合物的材料属性(1)还是在材料物性参数设置对话框中，单击Mixture Species右侧的Edit按钮，弹出 材料组分窗口，调整Selected Species下的各个组分，最终组分为ch4、o2、co2、h2o、h2、 co、n2，如图 7-2-14 所示。注意：n2 一定是在列表的最后位置。图7-2-14混合物物性修改6. 设置化学反应方程(1)材料物性参数设置对话框中，单击Reaction右侧的Edit按钮，弹出Reactions窗 口，设置 Total Number o

9、f Reactions为 3,表示有 3 个化学反应。ID 设为 1，Number of Reactants 设置为2,表示反应物为2种，Species下两个下拉菜单分别选择ch4和o2, Stoich.Coefficient 分别设置为1和2； Number of Products设置为2，表示生成物为2种，Species下两个下拉菜单分别选择co2和h2o, Stoich.Coefficient分别设置为1和2,其他保持默认，这样就完成 了甲烷与氧气化学反应的设置。如图7-2-15所示。（2）重复上述操作，ID分别选择2和3,完成h20和o2, co和o2的化学反应设置。 分别如图7-2-

10、16和图7-2-17所示。图7-2-15甲烷与氧气的化学反应设置图7-2-16氢气与氧气的化学反应设置图7-2-17 一氧化碳与氧气的化学反应设置5. 区域条件设置(1) 单击选择 Problem Setup一Cell Zone Conditions 命令，在弹出的 Cell Zone Conditions 面板中对区域条件进行设置，如图7-2-18所示。(2) 选择面板中的Zone一fluid选项，单击Edit弹出Fluid窗口，Material Name右侧下 拉菜单选择mixture-air选项，如图7-2-19所示。图7-2-18区域选择图7-2-19区域属性设置6. 边界条件设置(1

11、) 单击选择 Problem Setup一 Boundary Conditions 命令，在打开的 Boundary Conditions 面板中对边界条件进行设置。(2) 双击面板中的Zone一air_in选项，对空气进口进行设置，如图7-2-20所示。图7-2-20边界选择（3）窗口中默认的 Momentum选项卡下，Velocity Magnitude 设置为 0.5, SpecificationMethod选择湍流强度和水力直径选项，分别设置为10和0.98,选择Species选项卡，设置进口氧气质量分数为0.22。分别如图7-2-21和7-2-22所示，单击OK完成空气条件设置。考

12、Velocity Inletfxj 更 Velocity InletMomentum | Thermal Radiation Species DPMZone NameairjnMomentum | Thermal | Radiation | Species | DPM j Multiphase | UD5 |I I Specify Species in Mole Fractions图7-2-21空气进口边界条件设置（1）图7-2-22空气进口边界条件设置（2）（4）重复上述操作，对fuel_in边界进行设置。设置Velocity Magnitude为60，湍流强度和 水力直径分别设置为10和0

13、.02,进口各组分的质量分数：ch4为0.25, o2为0.005, co2为0.02, h2为0.6, co 为 0.05。（5）重复上述操作，对出口边界进行设置。设置Thermal选项卡下的回流温度为2500K, 如图7-2-23所示。图7-2-23出口回流温度设置7.2.3求解计算1. 求解控制参数(1) 单击选择 Solution一 Solution Methods 命令，在弹出的 Solution Methods 面板中对 求解控制参数进行设置。(2) 面板中的各个选项采用默认值，如图7-2-30所示。2. 求解松弛因子设置(1) 单击选择 Solution一 Solution Co

14、ntrols 命令，在弹出的 Solution Controls 面板中对 求解松弛因子进行设置。(2) 松弛因子选择默认设置，如图7-2-31所示。图7-2-30求解方法设置图7-2-31松弛因子设置3. 收敛临界值设置(1) 单击选择Solution一 Monitors命令，打开Monitors面板，如图7-2-32所示。(2) 双击 Monitors 面板中 Residuals-Print,Plot 选项，打开 Residual Monitors 对话框， 保持默认设置，如图7-2-33所示，单击OK完成设置。图7-2-32残差设置面板图7-2-33修改迭代残差4. 流场初始化设置(1)

15、 单击选择 Solution一 Solution Initialization 命令，打开 Solution Initialization 面板。(2) 在弹出的Solution Initialization面板中进行初始化设置。Initialization Methods下选 择Standard Initialization选项，Compute from下的下拉菜单选择all-zones,设置初始化温度 为2000K,其他保持默认，单击Initialize完成初始化，如图7-2-34所示。图7-2-34流场初始化设定5. 迭代计算(1)选择 File一Write一Case&Data.命令，弹出 Select File 窗口，保存为 gaseous combustion.cas 和 gaseous combustion.data。(3) 单击选择 Solution一 Run Calculation 命令，打开 Run Calculation 面板。(4) 设置 Number of Iterations 设置为 1000，如图 7-2-35 所示。(5) 单击Calculate按钮进行迭代计算。(6