最新煤粉燃烧模拟湍流破碎模型资料.docx

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最新煤粉燃烧模拟湍流破碎模型资料

煤粉燃烧——湍流破碎模型（EBU）

简介

该帮助文件主要介绍煤粉燃烧模型的设置和求解，采用湍流破碎模型（EBU）。

EBU燃烧模型，也称涡团破碎模型，假设化学反应的平均速度与化学动力学无关，而只取决于低温的反应物和高温的燃烧产物之间的湍流混合作用。

主要包括：

1）煤粉燃烧模型的建立和求解

2）湍流破碎模型（EBU）的应用

3）选择合适的求解参数

4）计算结果的后处理

问题描述

3D模型的剖面图如图1所示。

左侧为两个环形入口，右侧为一个圆形出口。

由于模型的对称性，取系统的1/4进行建模。

煤粉和携带空气（一次风）从内环进入燃烧室，二次风从外环进入燃烧室，发生燃烧反应，产物从压力出口流出。

模型建立和求解

Step1：

网格

1、读取mesh文件

2、

检查网格：

gridcheck

3、

显示网格：

displaygrid

a）从列表框中选取所有surfaces

b）点击display，并关闭griddisplay面板

Step2：

模型

1、选择k-ε湍流模型

Definemodelsviscous

2、启动能量方程

Definemodelsenergy

3、启动物质输运方程

Definemodelsspeciestransport&reaction

a）选择model列表中的speciestransport

b）选择reaction列表中的volumetric

c）选择mixturematerial列表中的coal-hv-volatiles-air

d）选择turbulence-chemistryinteraction（湍流与化学反应的作用）列表中的eddydissipation（涡流耗散）

e）点击ok，关闭speciesmodel面板

4、启动Discreteordinates模型（DO离散坐标系）

a）从model列表中选择discreteordinates

b）设置flowiterationsperradiationiteration（流动和辐射迭代次数）为1

c）设置angulardiscretization（角离散化）中的ThetaDivisionsandPhiDivisions为4

d）设置angulardiscretization（角离散化）中的ThetaPixelsandPhiPixels为3

e）点击ok，关闭radiationmodel

5、启动discretephase（离散相）模型

a）Maxnumberofsteps（最大步数）40000

b）启动specifylengthscale（步长），设为0.0025

c）点击ok，关闭discretephase面板

Step3：

injections（喷口）

1、v-1入口截面设9个喷口：

defineinjections

a）点击creat，新建喷口

c）9个喷口通用性质，见表

c）点击turbulentdispersion，并启动discreterandomwalkmodel

d）设置喷口的流速和颗粒半径

e）其它参数保留默认值

f）关闭injections面板

Step4：

materials（物质特性）

1、

修改coal-hv-volatiles-air混合物的特性：

definematerials

a）从数据库中添加CO

b）点击mixturespecies的edit，打开species面板，将CO添加至右侧mixturespecies列表中，并保证N2位于列表的最后

c）点击reaction的edit，打开reactions面板，编辑eddy-dissipation的反应式，如下：

其余参数保留默认值，关闭reactions面板

2、设置燃烧颗粒coal-hv的特性

3、设置O2、CO2、H2O、CO、N2的特性

在Cp列表中选择piecewise-polynomial，保留默认参数

4、设置coal-hv-volatiles特性

5、点击change/create按钮，关闭materials面板

Step5：

操作条件

Defineoperatingconditions

保留默认参数。

Step6：

设置UDF

udf导入后用于设置后续的边界条件。

Defineuserdefinedfunctionsinterpreted

1、设置源文件的名称，C函数（coal-ebu.c）

2、设置C预处理中CPP的命令名

迭代次数取默认值10000，除非udf函数中的局部变量超出该值造成溢出。

该case中，保证迭代次数高于局部变量。

3、如果用fluent的预处理代替，则选择usecontributedCPP选项；

4、点击interpret，关闭interpretdUDFs面板

如果编译过程出现错误，则调试至无错误为止。

Step7：

边界条件

Defineboundarycondition

1、入口V-1的设置如下

2、入口V-2的设置如下：

3、出口P-1的设置如下：

4、设置壁面边界条件，温度和内部辐射系数如下：

5、设置周期性旋转；

6、关闭面板

Step8：

无反应流动计算

1、关闭体反应

Definemodelsspeciestransport&reaction

2、关闭离散坐标辐射模型

Solvecontrolssolution

a）从equations列表框中关闭discreteoridinates

b）点击OK，关闭面板

3、关闭与连续相的交互反应（interaction）

definemodelsdiscretephase

4、初始化计算区域

Solveinitializeinitialize

5、打开残差监视图

Solvemonitorsresidual

6、迭代计算100步

Solveiterate

7、改变计算控制参数

Solvecontrolssolution

a）压降选择PRESTO!

b）压力、动量、湍流的松弛因子分别设为0.5、0.2和0.7

c）点击OK，关闭面板

8、迭代计算≥100步。

Step9：

加入反应流的计算

1、启动与连续相的交互作用（interectionwithcontinuousphase），设置交互间隔为1步；

2、启动体反应（volumetricreactions）；

3、反应区域中补充考虑高温和生成物分子量：

Adaptregion

a）在shapes列表中选择cylinder；

b）在面板中输入坐标值；

c）点击mark，关闭面板

4、在反应区域考虑如下参数：

Solveinitializepatch

a）选择cylinder-r0，设置参数如下

温度=2000K

H2O质量分数=0.01

CO2质量分数=0.01

b）关闭面板

5、设置松弛因子如下：

6、迭代计算1步；

7、保存case和data（coal-ebu-react-start）；

8、设置每50步进行DPM交互计算

Definemodelsdiscretephase

9、设置discretephasesources的松弛因子为0.1；

10、迭代计算300步。

Step10：

进行收敛计算

1、改变计算控制参数

Solvecontrolssolution

a）从equations列表框中选择discreteordinates（离散坐标系）；

b）Density松弛因子设为0.7

2、迭代计算≥500步；

3、保存case和data（名称coal-ebu-1）；

4、设置离散化列表中动量、湍动能、湍流耗散率、hv-vol、O2、CO2、H2O、CO和能量为二阶迎风；

5、迭代计算≥300步；

6、保存case和data（名称coal-ebu-2）

7、启动粒子辐射计算；

Definemodelsdiscretephase

8、改变燃烧颗粒的特性

Definematerials

a）蒸发温度设为773K；

b）颗粒离散因子设为0.15

9、所有物质的松弛因子设为1，energy和turbulence的松弛因子分别设为0.98和0.6。

10、迭代计算2000步；

11、保存case和data（名称coal-ebu-final）

Step11：

后处理

1、检查质量平衡以判断收敛性

TheHao侀棴鍥炶FanFeiHun粺

Reportfluxes

a）从option列表中选择massflowrate

b）

c）TheXiｄ粯Luт笟鍔?

从boundaries列表中选择所有区域，并点击compute按钮

TheHuan呭嚭Luу尯该数据为净气相的质量流量，负数表明有净气相离开计算区域。

d）关闭fluxreports面板

Reportvolumeintegrals

e）

f）The鐗╂祦WaHui姩从reporttype列表中选择sum

g）从fieldvariable列表中选择discretephasemodel和DPMmasssource

h）从cellzones列表框中选择fluid，并点击compute按钮

The閰嶉€?

闇€?

Cong″?

这是从离散相煤粉颗粒到气相的净质量传递。

i）

j）DoestheHuanJuan嶅hookChen?

关闭volumeintegrals面板

The鍥㈤槦QiplayNote：

上述两项质量平衡和入口总流量相比需添加一个较小的流量损失。

2、检查净热量传递

The鐗╂枡闇€?

眰Cong″?

Reportfluxes

a）从options列表中选择totalheattransferrate；

b）

c）TheLiang炴満鎵KuasprinklesMa愯緭从boundaries列表框中选择所有区域，并点击compute；

上述为净气相的热传递。

d）关闭fluxreports面板

Reportvolumeintegrals

e）从reporttype列表中选择sum；

f）

g）TheCongplay珛Luㄦ潈从fieldvariable列表框中选择