非预混燃烧数学模型

fluent燃烧简介

FLUENT燃烧简介 FLUENT软件中包含多种燃烧模型、辐射模型及与燃烧相关的湍流模型，适用于各种复杂情况下的燃烧问题，包括固体火箭发动机和液体火箭发动机中的燃烧过程、燃气轮机中的燃烧室、民用锅炉、工业熔炉及加热器等。 1.1 FLUENT燃烧模拟方法概要 燃烧模型是FLUENT软件优于其它CFD软件的最主要的特征之一。FLUENT可以模拟宽广范围内的燃烧问题。然而，需要注意的是：你必须保证你所使用的物理模型要适合你所研究的问题。FLUENT在模拟燃烧中的应用可如下图所示： 图 1 FLUENT模拟过程中所需的物理模型 1.1.1 气相燃烧模型 一般的有限速率形式(Magnussen模型) 守恒标量的PDF模型(单或二组分混合分数) 层流火焰面模型(Laminar flamelet model) Zimount 模型 1.1.2 离散相模型 煤燃烧与喷雾燃烧 1.1.3 热辐射模型 DTRM，P-1，Rosseland 和Discrete Ordinates 模型 1.1.4 污染物模型 NOx模型，烟(Smoot)模型 2.1气相燃烧模型 ·在FLUENT中，针对不同的燃烧现象，采用了不同的化学动力学处理手段，以减少计算成本，如下： 有限速率燃烧模型---预混、部分预混和扩散燃烧 混合分数方法(平衡化学的PDF模型和非平衡化学的层流火焰面模型)---扩散燃烧

反应进度方法(Zimont模型)---预混燃烧 混合物分数和反应进度方法的结合---部分预混燃烧 2.2.1 有限速率模型 化学反应过程一般采用总包机理(即简化化学反应，如单步反应)进行描述。 求解积分的输运方程，得到每种组分的时均质量分数值，如下： -----(1) 其中组分j的反应源项为所有反应K个反应中，组分j的净生成速率： -----(2) -----(3) 计算所需参数包括：1、组分及其热力学参数值；2、反应及其速率常数值。 有限速率模型的有缺点： 优点：适用于预混、部分预混和扩散燃烧，简单直观； 缺点：当混合时间尺度和反应时间尺度相当时缺乏真实性，难以解决化学反应与湍流的耦合问题，难以预测反应的中间组分，模型常数具有不确定性。 这种模型求解反应物和生成物输运组分方程，并由用户来定义化学反应机理。反应率作为源项在组分输运方程中通过阿累纽斯方程或涡耗散模型。 应用领域：该模型可以模拟大多数气相燃烧问题，在航空航天领域的燃烧计算中有广泛的应用。 2.2.2守恒标量的PDF模型 守恒标量的PDF模型仅适用于扩散(非预混)燃烧问题，该方法假定了反应是受混合速率所控制，即反应已经达到化学平衡状态，每个单元内的组分及其性质是由燃料和氧化剂的湍流混合强度所控制，其中涉及的化学反应体系由化学平衡计算来处理(利用FLUENT的组件程序PrePDF)。 该方法通过求解混合物分数及其方差的输运方程获得组分和温度场，而不是直接求解组分和能量的输运方程。 -----(4) -----(5) 其中-----(6) 混合分数定义-----(7)

火药燃烧的数学模型

火药燃烧的数学模型 随机弹道学已成为航空航天工业的核心技术，关于火药燃烧规律的研究构成随机弹道学的一个重要基础。最早在高压条件下对火药的燃烧规律进行深入研究的是法国弹道学家维也里，他提出了火药的几何燃烧模型：火药在燃烧是按照平行层或同心层的规律逐层进行的．我们称这种燃烧规律为几何燃烧规律． 几何燃烧规律基本上反映了火药的燃烧规律，但它又不完全符合火药的实际燃烧情况．这是因为火药各点的化学性质和物理性质不可能完全相同，火药的形状尺寸不可能严格一致，也不可能保证所有的火药同时全面着火或在完全相同的条件下进行燃烧．所以说，几何燃烧规律是一个把燃烧过程过于理想化了的定律． 所以，要想真正的反映火药的实际燃烧规律，必须考虑到火药形状尺寸、火药表面粗糙度、以及点火传火过程等随机因素对火药燃烧过程的影响．所以我们 综合考虑火药燃烧过程中的随机因素，建立随机燃烧模型。 1． 火药的随机燃烧模型 1.1模型假设 膛内火药的燃烧过程是一个复杂瞬变的过程，影响燃烧过程的随机因素很多，为了研究问题的方便，假设: （1）在装药中，所有药粒的形状和几何尺寸严格一致； （2）火药在局部着火时，火焰以相同的概率向各个方向传播； （3）火药在不同点上的理化性能存在差别，在同一个方向上，在任意确定的时间段内，燃烧的厚度是随机的． 1.2模型的建立 以)(t δ表示火药在t 时刻的已燃厚度，显然有0)0(=δ.则在不同时刻1t , 2t , ,L n t ，有 ????????++?+?=?+?=?=?)] ()([)]()([)]0()([)()]()([)]0()([)()0()()(1121121211n n n t t t t t t t t t t t t δδδδδδδδδδδδδδδL L L L L （1） 由于火药在不同点上的理化性能不完全一样，故)()(1??i i t t δδ是许多独立的小位移之和，由中心极限定理，)()(1??i i t t δδ服从正态分布．则)()]()([11???=?i i i i t t m t t E δδ，121)]()([???=?i i i i t t r t t D δδ，这里0>m 是依赖于火药燃烧环境（如压力，温度等）的一个常量，0>r 是依赖火药自身理化性能（如火药密度，表面粗糙度等）的一个常量．增量?)(1t δ)0(δ, ?)(2t δ)(1t δ, ,L ?)(n t δ)(1?n t δ是相互独立的,则（)(1t δ，)(2t δ，,L )(n t δ）服从n 维正态分布．其概率密度函数为

第六章 FLUENT中的燃烧模拟

第六章，FLUENT中的燃烧模拟 6.1 燃烧模拟的重要性 ●面向实际装置（如锅炉、内燃机、火箭发动机、火灾等） ●面向实际现象（如点火、熄火、燃烧污染物生成等） 6.2 FLUENT燃烧模拟方法概要 ●FLUENT可以模拟宽广范围内的燃烧（反应流）问题。然而，需要注意的是：你必须 保证你所使用的物理模型要适合你所研究的问题。FLUENT在燃烧模拟中的应用可如下图所示： ●气相燃烧模型 一般的有限速率形式（Magnussen 模型） 守恒标量的PDF模型（单或二组分混合物分数） 层流火焰面模型（Laminar flamelet model） Zimont 模型 ●离散相模型 煤燃烧与喷雾燃烧 ●热辐射模型 DTRM, P-1, Rosseland 和Discrete Ordinates模型 ●污染物模型 NO x 模型，烟（Soot）模型

6.3 气相燃烧模型 6.3.1 燃烧的化学动力学模拟 实际中的燃烧过程是湍流和化学反应相互作用的结果，燃烧的化学反应速率是强非线性和强刚性的。通常的化学反应机理包含了几十种组分和几百个基元反应，而且这些组分之间 的反应时间尺度相差很大（10－ 9～102秒），因此在实际问题的求解过程中计算量和存储量极大，目前应用尚不现实。 在FLUENT 中，针对不同的燃烧现象，采用了不同的化学动力学处理手段，以减少计算成本，如下： ● 有限速率燃烧模型——>预混、部分预混和扩散燃烧 ● 混合物分数方法（平衡化学的PDF 模型和非平衡化学的层流火焰面模型）——>扩散燃 烧 ● 反应进度方法（Zimont 模型）——>预混燃烧 ● 混合物分数和反应进度方法的结合——>部分预混燃烧 6.3.2一般的有限速率模型 ● 化学反应过程一般采用总包机理（即简化化学反应，如单步反应）进行描述 ● 求解组分的输运方程，得到每种组分的时均质量分数值，如下： 6－1 其中组分j 的反应源项为所有K 个反应中，组分j 的净生成速率： 6－2 式中，反应k 中的组分j 的反应速率可按照Arrhenius 公式、混合（mixing ）速率或 “eddy breakup” 速率的方法求解。在混合（mixing ）速率方法中，混合速率和涡的时间尺度, k /ε.有关，其物理意义为化学反应受限于湍流导致的组分和热量的混合速率。J i 表达如下： 6－3 ● 计算所需参数包括：（i ）组分及其热力学参数值；（ii ）反应及其速率常数值。其中，FLUENT 提供了一个混合物组分的数据库可供查找选用，另外也提供了一个化学反应机理以及组分热力学性质的数据库可供查找选用。 ● 有限速率模型的优缺点： 优点：适用于预混、部分预混和扩散燃烧；简单直观 缺点：当混合时间尺度和反应时间尺度相当时（即Da>>1）缺乏真实性；难以解决化学 反应与湍流的耦合问题；难以预测反应的中间组分；模型常数具有不确定性 6.3.3 守恒标量的PDF 模型 ∑=k jk j R R

燃烧理论第8章-爆炸物燃烧(谢兴华)

第8章爆炸物的燃烧 8.1 爆炸物燃烧的一般概念及特点 8.1.1 爆炸物的概念及其燃烧的特点 前面的几章分别研究讨论了气体、液体及固体燃料的燃烧过程以及火焰结构，给出了描述它们燃烧的数学物理模型及火焰结构的求解方法。然而无论是前面讨论的气体燃料还是液体燃料或是固体燃料，它们燃烧时都必须要外界供给氧（或氟、氯等），才能发生燃烧反应。而本章要讨论的是一种特殊的燃料，它燃烧时无须外界提供氧，对这种单质的燃料而言，它是靠自身分子结构中所含的氧化剂进行分子内的自身氧化还原反应完成它的燃烧过程的，而这种特殊的混合燃料就是爆炸物。那么什么样物质称为爆炸物？它的定义是：在一定的外界能量激发下能够迅速发生化学反应，并且能放出大量的气体和热的物质。由于它具有反应的迅速性、放热性及产生大量气体，就使它在单位时间内释放出的能量多，功率大，释放出的能量通过反应产生的气体介质的膨胀而对外做功，即产生爆炸作用。爆炸物并不仅仅会爆炸，在一定的条件下它还会燃烧，爆炸物的燃烧亦称爆燃，它与一般燃料的燃烧有所不同，无论是混合爆炸物还是单质爆炸物，由于它本身都含有氧化剂和可燃剂，因此它不需要空气中的氧就能进行燃烧。爆炸物的燃烧是一种猛烈的物理化学变化。其特点是燃烧反应只在爆炸物的局部地区进行，通常称该区为反应区，反应区内外爆炸物的物理化学参量明显不同。反应区沿爆炸物药柱表面法线方向传播的速度叫燃烧速度。对于不同的爆炸物其燃烧速度的差异很大，一般在每秒几毫米到几百米之间，但小于爆炸物中的音速。爆炸物的燃烧状态和燃烧速度受外界条件的影响很明显，尤其是压力对它们的影响。这些条件可以决定它是稳定燃烧还是不稳定燃烧。外界压力升高可以显著地提高它的燃烧速度，甚至可以使爆炸物由燃烧转变成爆轰。例如火药在大气中燃烧时它的燃烧速度一般都比较慢，而在密闭容器或火药膛内的燃烧速度却要快的多，甚至出现爆炸事故（如火炮的膛炸）。再如有些炸药在大气中也能进行有规律缓慢的燃烧，而将它置于密闭容器燃烧时，由于燃气产物无处扩散，造成压力的剧

传火药燃烧理论

传火药的燃烧性能研究 摘要：本文概述了对火工元件及传火药的研究背景，调研介绍了导火索中传火药的燃烧机理和燃烧模型。分析总结了传火药在小直径导火索中的燃烧特点。传火药的燃烧存在着稳态燃烧和非稳态燃烧，在具有管壁限制的环境中传火药的燃烧和管壁材料以及药柱直径具有很复杂的关系。

Abstract This paper summarized the background of the pyrotechnic device and pyrotechnic,and introduced the combustion mechanism and combustion model of the pyrotechnic in ignition cord.The combustion characteristics of the pyrotechnic in small diameter ignition cord was summarized and analyzed.The combustion of pyrotechnic included steady-state combustion and unsteady-state combustion,it had complexd relationships between the combustion of pyrotechnic and the wall materials and charge diameter in confined surroundings.

1研究背景 火工品是装有火药或炸药，受外界能量刺激后产生燃烧或爆炸，用以引燃火药、引爆炸药、做机械功或产生特种效应的一次使用元器件和装置的总称。随着新一代武器的研制及发展，作为武器系统最敏感的火工品将不再以单个引燃、引爆元器件应用于武器系统中，而是作为武器系统不可缺少的子系统广泛应用于弹药、火箭、导弹、飞船等系统中。 传火元件是传递并扩大火焰强度的火工品，可以装在点火元件或延期元件之后，有传火药柱、传火药包、传火管和导火索等，一般由黑火药或其它烟火药制成。而其中导火索作为一种重要的点火、传火元件，在武器系统，航空航天系统中都有着极为重要的应用。但是导火索多采用纸质或塑料外壳，且尺寸较大，无法保证传火过程中的密封性和无泄漏。近年来还把点火、传火、传爆等系列火工品组合在一起，形成组合式火工系统产品，以简化引信、弹药装配工艺，提高产品可靠性，同时也加强了系统的密封性，确保产品的长贮性能。 在国外，由烟火自控元件组成的烟火控制系统是烟火学发展的最新成就，常用的烟火自控元件包括：起动型元件、能量传递型元件、时间编程元件、信号转换型、逻辑型和执行元件。在俄罗斯，烟火自动控制系统得到了很大的发展，其中作为能量传递元件的主要是柔性金属导火索。它是一种特制的，细长柔性金属外壳传火元件。金属外壳可以是铜，铝等柔性材料，金属管外径一般为2~4mm。导火索具有一定的柔性，因此可以用其制成具有复杂立体结构的密封式火焰传递网络。也有一些导火索是内径为2.5~4mm的空心管，在管子的一端装有在燃烧时生成（气流）热质点或火焰作用力的烟火药。而在另一端则装有能在该质点流或火焰作用下被点燃的烟火药。这种空心导火索传递火焰信号的可靠距离可达1.5m，传火速度甚至可达每秒几米到几十米。导火索可以弯曲，不过其传递信号的距离相应的减小。 2传火药燃烧过程中的基本概念 火药是中国古代四大发明之一，由中国的炼丹家，通过试验将硫磺、硝石和木炭混合在一起，制成一种能发火的新物质。冯家昇指出，利用火

第15章 预混燃烧模拟

第十五章预混燃烧模拟FLUENT有一个预混湍流燃烧模型，基于反应过程参数方法。有关这一模型的内容按以下节次给出： ●15.1 概述和限制 ●15.2 预混燃烧模型 ●15.3 使用预混燃烧模型 15.1 概述和限制 15.1.1 概述 在预混燃烧中，燃料和氧化剂在点火之前进行分子级别的混合。火焰前锋传入未燃烧的反应物产生燃烧。预混燃烧的例子有吸气式内燃机，稀薄燃气轮机的燃烧器，气体泄露爆炸。 预混燃烧比非预混燃烧更难以模拟。原因在于（亚音速）预混燃烧通常做为薄层火焰产生，并被湍流拉伸和扭曲。火焰传播的整体速率受层流火焰速度和湍流涡旋控制。层流火焰速度由物质和热量逆流扩散到反应物并燃烧的速率决定。为得到层流火焰速度，需要确定内部火焰结构以及详细的化学动力学和分子扩散过程。由于实际的层流火焰厚度只有微米量级或更小，求解所需要的开销是不可承受的。 湍流的影响是使传播中的层流火焰层皱折、拉伸，增加了薄层的面积，并因此提高了火焰速度。大的湍流涡使火焰层皱折，而小的湍流涡，如果它们比层流火焰的厚度还小，将会穿过火焰层并改变层流火焰结构。 与之相比，非预混燃烧可以极大地简化为一个混合问题（例如，14.1节中介绍的混合物组分方法）。预混燃烧模拟的要点在于捕获湍流火焰速度，它受层流火焰速度和湍流的影响。 在预混火焰中，燃料和氧化剂在进入燃烧设备之前已经紧密混合。反应在燃烧区发生，这一区域将未燃烧的反应物和燃烧产物隔开。部分预混火焰具有预混和扩散火焰两方面的性质。它们发生在有额外的氧化剂或燃料气流进入预混系统，或是当扩散火焰离开燃烧器以在燃烧前产生某些预混的情况。 预混和部分预混火焰FLUENT的有限速率公式(见13章)模拟。还可以参阅16章了解更多有关FLUENT部分预混燃烧模型方面的信息。如果火焰是完全预混合的，则只有一股具有单一混合比的气流进入燃烧器，可以使用预混燃烧模型。 15.1.2 限制 在使用预混燃烧模型时有以下限制： ●必须使用非耦合求解器。预混燃烧模型在两种耦合求解器中都不能得到。 ●预混燃烧模型只对湍流、亚音速模型有效。这一类型的火焰成为爆燃。在爆炸中， 可燃混合物被冲击波后面的热量点燃，这一类型的燃烧可以使用非耦合和耦合求解 器用有限速率模型模拟。有关限速率模型见13章。 ●预混燃烧模型不能和污染物（如碳烟和NOx）模型一起使用。但完全预混系统可以 用部分预混模型（见16章）模拟。 ●不能用预混燃烧模型模拟反应的离散相粒子。只有惰性粒子可以使用预混燃烧模 型。 15.2 预混燃烧理论 湍流预混燃烧模型基于Zimont等人的工作[275，276，278]，涉及求解一个关于反应过

使用非预混燃烧模型

《数值计算与工程仿真》专刊—FLUENT HELP 算例精选中文版（二）
算例 13
引言
使用非预混燃烧模型
煤粉燃烧的模拟包括气相连续流场的建模和它与煤粒非连续相的作用的建 模。穿过气体的煤粒会挥发燃烧并成为与气相反应的燃料源。反应可以用组份 输运模型（the species transport）或模型（the non-premixed combustion）模拟， 在本指南中你将用非预混燃烧模型模拟简单煤粉燃烧炉中的化学反应。 在本指南中你将学会： 1.怎样用 prePDF 预处理程序为煤粉燃料准备 PDF 表格。 2.怎样为非预混燃烧化学模型定义输入条件。 3.怎样定义煤粒的非连续相。 4.怎样解决包含非连续相煤粒的反应的模拟。 非预混燃烧模型用这样的一种建模方法：用一个或二个守恒量，即混合分 数求解输运方程。多种化学组份，包括基团和中间产物组份可能被包含在对问 题的定义当中，而且它们的浓度将来至于混合分数分布的预测。组份的特性参 数是通过化学数据库获得。湍流化学反应是用 Beta 或者双 delta 概率密度函数 来模拟的。关于非预混燃烧模拟方法的更多细节请参看使用手册。
前提条件
本指南是建立在你已经熟悉 FLUENT 的菜单结构并且已经做完指南 1 的基 础上的。因此在建立过程中的一些步骤和解决过程将被省略。
问题描述
本指南中用的煤燃烧系统为一简单的 10m*1m 的二维管道， 如图 13.1 所示。 因为是对称的，所以只模拟宽度方向上的一半区域。2D 管道的进口分为两股流 动。管道中心附近的高速流速度为 50m/s，宽度为 0.125m。另一股流的速度为 15m/s， 宽度为 0.375m.两股流都为 1500K 的空气。 煤粒在高速流的附近以 0.1kg/s
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https://www.wendangku.net/doc/d89290672.html,

第16章 部分预混燃烧的模拟gg

16.部分预混燃烧的模拟 FLUENT提供了一个模拟部分预混燃烧的模型，它是基于14章讲述的非预混燃烧模型和15张讲述的预混燃烧模型的。关于部分预混燃烧模型按以下章节介绍： 16.1概述和局限 16.2理论 16.3使用部分预混模型 16.1概述和局限 16.1.1概述 部分预混燃烧系统，是带有不均匀燃料——氧化剂的混合物的预混燃烧火焰。这种部分预混火焰的情形如，预混的混合物喷射到静止的大气中，带有扩散引导火焰或者冷却气喷嘴的贫油预混燃烧，以及不完整的混合进口的贫油预混燃烧室。 FLUENT提供的部分预混模型是非预混模型（14章）和预混模型（15章）的简单结合。预混反应进度变量c，决定火焰前锋的位置。在焰锋后（c＝1），混合物是燃尽的，所以采用平衡或者…..的求解方案；在焰锋（c＝0）前，组份质量分数、温度、密度通过未燃烧混合物计算。火焰内部（0

森林火灾——蔓延趋势仿真 数学

森林火灾 ——蔓延趋势仿真 专业：数学与应用数学姓名：XXX 指导老师：XXX 1.引言 森林是陆地生态系统的骨干因子，也是一种宝贵的自然资源。森林和草地约占路标表面的三分之一。大约两亿年前。地球上由于气候湿润，温度适宜，才出现了无边无际的森林，以乔木和灌木为主体的绿色植物通过光合作用，吸收二氧化碳，吐出氧气，把原来大气中占90%的二氧化碳逐渐减少到3%，把原来大气中几乎没有的氧气使其含量上升到21%，这为生物和人类的生存创造了条件。然而今天森林和其他重要资源一样，并不是取之不尽用之不竭的。由于人类活动的日益增多，森林火灾发生的越来越频繁，毁掉了大片原始森林。全世界每年发生森林火灾80余万次，受灾面积达几万公顷，约合森林总面积的1.0%，火灾毁灭了数百万公顷的热带雨林，严重破坏了全球的生态平衡；森林火灾增加了大气中二氧化碳的含量，进而导致气温升高，严重的森林火灾还会引起土壤的荒漠化，并对全球经济产生影响。在这种背景下林火蔓延仿真技术应运而生，而且成为森林保护事业中不可缺少的一部分。 目前，常用的林火蔓延模型有两种，一种是连续型的波动传播模型，一种是离散型的邻接单元模型。 邻接单元模型是一种自动机模型，它将地表分成许多相互邻接的小单元，把火灾地表上的连续蔓延看做相邻单元之间的离散式点到点的“传染”，用一张表（时序表）保存火灾刚刚传播到每个单元的时刻，即每个单元对应一个火灾到达时期。 波动传播模型是每隔一个指定时间间隔逐个时刻的计算出火场边界，将某一时刻火场边界上的点看做独立点源（着火点），在一定时间间隔内，将这一时刻以及这些点上的火灾环境参数视为近似不变的，根据这些参数，用火行为模型和过火区模型计算出一系列小的过火区形状，这一系列过火区的外包线即为下一时刻的火场边界。 其中，邻接单元模型无需拓扑关系运算，效率和可靠性较高，但没有利用过火区形状模型，而直接在火行为模型基础上来模拟传播过程。波动传播模型作为一种连续模型有着离散模型没有的复杂性又可能形成火场和未燃区域相互多重嵌套的复连通区域，使拓扑运算繁琐。计算可靠性问题突出为了弥补这些不足，本文建立了火场蔓延的椭圆模型。 本文分为五部分来完成数学模型的建立和计算机仿真工作。第一部分为引言，介绍了森林资源的现状和目前两种常用模型的优点。第二部分介绍了影响林火蔓延的因素，分析出这些因素是怎样影响林火蔓延的，为第三部分建立数学模型做准备。第三部分是建立数学模型，分为以下几个步骤完成：1、求出林火蔓延的速度；2、求出火场面积；3、求出火场火线长度；4、求出火场面积和火线长度的瞬时增加量；5、仿真出火场面积、火线长度和火场蔓延趋势。第四部分对模型合理性进行分析。第五部分对全文进行总结。 2.影响林火蔓延的因素 当林区某处起火时。在理想状态下（没有风等外部因素影响的情况下），火势将以着火点为圆心，向四周呈圆形扩散，而现实生活当中火灾发生时往往会受到诸多外部因素的影响，其中最主要的有： （1）燃料类型； （2）风速及其变化； （3）相对于火场的森林地形情况。 由于森林可燃物是森林燃烧的物质基础。森林中所有有机物质均属于可燃物，如平铺针

fluent tutorial file 之 prePDF 模拟煤粉燃烧

译者:wyxpuma
时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )
使用非预混燃烧模型 Using the Non-Premixed Combustion Model

概要 先决条件 问题描述 使用 prePDF 的准备工作 Step 1: Define the Preliminary Adiabatic System in prePDF Step 2: Compute and Review the Adiabatic System prePDF Look-Up Tables Step 3: Create and Compute the Non-Adiabatic prePDF System Preparation for FLUENT Calculation Step 4: Grid Step 5: Models: Continuous (Gas) Phase Step 6: Models: Discrete Phase Step 7: Materials: Continuous Phase Step 8: Materials: Discrete Phase Step 9: Boundary Conditions Step 10: Solution Step 11: Postprocessing Step 12: Energy Balances and Particle Reporting Summary
Introduction 概要
对煤粉燃烧的模拟包括对连续气相的模拟及其对煤颗粒分散相的相互作用 的模拟.煤颗粒穿过气相时,会进行脱挥发分和焦炭的燃烧,从而成为进行气相 反应的燃料的源.对反应的模拟可通过组分传输模型(the species transport model)或非预混燃烧模型(the non-premixed combustion model)进行模拟. 在此实例指南中, 你将使用非预混燃烧模型模拟一个简化的燃煤炉体内的化学反 应. 在此实例指南中,你将学习:

使用 prePDF 预处理器为煤粉燃料(的燃烧)准备一个 PDF 表 为非预混燃烧化学反应模型定义 FLUENT 的输入参数 为煤颗粒定义一个离散相 求解一个包含反应离散相的煤颗粒的数值模型
非预混燃烧模型是采用这样一种建模方法, 即求解一个或两个守恒标量以及混合 分数的的传输方程.多化学组分时,包括根和中间产物,可以采用这种方法被考

GAMBIT实例教程4_燃烧室模型的建立.

4. 燃烧室模型的建立（3－D ） 在这份指导书中，你可以通过运GAMBIT 中的top-down 几何结构法来为燃烧室生成几何模型（用实体来生成容积）。你可以通过非结构化六面体网格法来为画出的燃烧室几何体划分网格。 在这份指导书中你可以学习到如何去： ● 移动一个体积； ● 从一个体积中扣除另一个； ● 把一个体积阴影化； ● 交叉两个体积； ● 混合一个体积的边； ● 通过对面进行扫描来生成体积； ● 为读入FLUENT/UNS来准备网格。 4.1 前提 这份指导书假定读者已经掌握了指导书1并且已对GAMBIT 界面相当熟悉。 4.2 问题描述 这个问题在图4－1中以图解的形式表示出来。此几何体包括一个简化的向燃烧腔加料的燃料喷嘴，在这个指导书中由于几何结构对称你可以仅作出燃烧室几何体的1/4模型。喷嘴包括两个同心管，其直径分别是4个单位和10个单位，燃烧室的边缘与喷嘴下的壁面融合在一起。 4.3 策略

在这份指导书中，你可以运用top-down 几何结构法来生成燃烧室几何体，你可以生成体积（在本例中为方体和圆体）并用布尔运算把它们结合起来，交叉、扣除这些体积以生成基本体积，最后，通过“融和”命令，你可以舍掉一些边界以完成几何体生成。 在这个模型例子中，简单的选择捡起几何体并用六面体单元对整个区域进行网格划分是不可能的，由于Cooper 工具（在本向导中要应用）需要两组面，一组平行于扫描路径，另一组垂直于扫描路径，不管怎样，融和边界不适合于任一组。对cooper 工具更详细的描述见GAMBIT Modeling Guide 。你需要把几何体分成许能用cooper 来划分网格的部分。在GAMBIT 中有许多分解几何体的方法。在这个例子中，你可以采用把那些挨着弯面的体积部分从主体积中分开的方法。对这个燃烧室进行分解的详细步骤在下面给出。 注意到几何体中有许多面，其默认的网格划分方案是pave 方案。这些面中的大部分与Z 方向垂直。在Z 方向有许多几何突起，因此在cooper 网格方案中应被选为主方向。为使其可能，X 、Y 方向的铺砌面（图4－2中的两个对称面）必须改变以去用Submap 或Map 网格划分方案。 默认的，GAMBIT 对这两个面选择Pave 网格划分方案，是因为它们每一个都在融合处都有一个圆边。如果你把每个面圆角分裂出来并通过一个体积把它们连接

第14章 非预混燃烧模拟

第十四章非预混燃烧模拟 Chapter 14. Modeling Non-Premixed Combustion 在非预混燃烧中，燃料和氧化剂以相异流进入反应区。这与预混燃烧系统截然不同。在预混燃烧系统中，反应物在燃烧以前以分子水平混合。非预混燃烧的例子包括甲烷燃烧、粉煤炉和内部燃烧柴油（压缩）发动机。 在一定假设条件下，热化学可被减少成一个单一的参数：混合分数。混合分数，用f表示，是来自燃料流的质量分数。换句话说，混合分数就是在所有组分（CO2、H2O、O2等）里，燃烧和未燃烧燃料流元素（C、H等）的局部质量分数。因为化学反应中元素是守恒的，所以这种方法极好。反过来，质量分数是一个守恒的数量，因此其控制输运方程不含源项。燃烧被简化为一个混合问题，并且与近非线性平均反应率相关的困难可以避免。一经混合，即可用层流小火焰（laminar flamelet）模型将化学反应模拟成为化学平衡或近化学平衡。 模型包括以下几个部分： 14.1：平衡混合分数／PDF模型（Description of the Equilibrium Mixture Fraction/PDF Model）； 14.2：非预混平衡化学反应的模拟方法（Modeling Approaches for Non-Premixed Equilibrium Chemistry）； 14.3：非预混平衡模型的用户输入（User Inputs for the Non-Premixed Equilibrium Model）； 14.4：层流小火焰模型（The Laminar Flamelet Model）； 14.5：在prePDF数据库中添加新种类（Adding New Species to the prePDF Database）； 14.1：平衡混合分数／PDF模型 非预混模拟方法包括解一或两个守恒量（混合分数）的输运方程。不解单个组分方程。取而代之的是每个组分的浓度用预混分数场得到。热化学计算在prePDF中进行，并列成表以便于在FLUENT中查询。紊流和化学的相互作用考虑为一个概率（几率）密度函数（PDF）。 关于非预混混合分数／PDF模型的信息在以下分节中讲述： 14.1.1：非预混方法的优点和局限（Benefits and Limitations of the Non-Premixed Approach）； 14.1.2：非预混方法的细节（Details of the Non-Premixed Approach）； 14.1.3：非预混模拟的限制和特有案例（Restrictions and Special Cases for Non-Premixed Modeling）； 见14.2：模拟和解决顺序的回顾，以及14.3；应用模型指导。 14.1.1非预混方法的优点和局限 非预混方法的优点（Advantages of the Non-Premixed Approach）：非预混模拟方法已被明确用于模拟进行快速化学反应的紊态扩散火焰的研究。对这样的系统，该方法有许多点优于第十三章中描述的有限率公式。非预混

第六章,FLUENT中的燃烧模拟

6.1燃烧模拟的重要性 面向实际装置（如锅炉、内燃机、火箭发动机、火灾等） 面向实际现象（如点火、熄火、燃烧污染物生成等） 6.2 FLUENT 燃烧模拟方法概要 FLUENT 可以模拟宽广范围内的燃烧（反应流）问题。 保证你所使用的物理模型要适合你所研究的问题 下图所示： 气相燃烧模型 一般的有限速率形式（Mag nu ssen 模型） 守恒标量的PDF 模型（单或二组分混合物分数） 层流火焰面模型（Laminar flamelet model ） Zimont 模型 离散相模型 煤燃烧与喷雾燃烧 热辐射模型 DTRM, P-1, Rosseland 和 Discrete Ordinates 模型 污染物模型 NOx 模型，烟（Soot ）模型 第六章，FLUENT 中的燃烧模拟 然而，需要注意的是： 你必须 FLUENT 在燃烧模拟中的应用可如

6.3气相燃烧模型 6.3.1燃烧的化学动力学模拟 实际中的燃烧过程是湍流和化学反应相互作用的结果， 燃烧的化学反应速率是强非线性 和强刚性的。通常的化学反应机理包含了几十种组分和几百个基元反应， 而且这些组分之间 的反应时间尺度相差很大 （10— 9?102秒），因此在实际问题的求解过程中计算量和存储量极 大，目前应用尚不现实。 在FLUENT 中，针对不同的燃烧现象，采用了不同的化学动力学处理手段，以减少计 算成本，如下： 有限速率燃烧模型一一 > 预混、部分预混和扩散燃烧 混合物分数方法（平衡化学的 PDF 模型和非平衡化学的层流火焰面模型） 烧 反应进度方法（Zimont 模型）一一 >预混燃烧 混合物分数和反应进度方法的结合一一 >部分预混燃烧 6.3.2 一般的有限速率模型 化学反应过程一般采用总包机理（即简化化学反应，如单步反应）进行描述 求解组分的输运方程，得到每种组分的时均质量分数值，如下： 鲁的）+ ▽■阿 ）=-v-Ji+fli+Si 其中组分j 的反应源项为所有 K 个反应中，组分j 的净生成速率: R j R jk k 6 式中，反应k 中的组分j 的反应速率可按照 Arrhenius 公式、混合（mixing ）速率或 break up ”速率的方法求解。在混合（ mixi ng ）速率方法中，混合速率和涡的时间尺度 / 5.有关，其 物理意义为化学反应受限于湍流导致的组分和热量的混合速率。 1-（叫+紛 计算所需参数包括：（i ）组分及其热力学参数值； FLUENT 提供了一个混合物组分的数据库可供查找选用, 理 以及组分热力学性质的数据库可供查找选用。 有限速率模型的优缺点： 优点：适用于预 混、部分预混和扩 散燃烧；简单直观 缺点：当混合时间尺度和反应时间尺度相当时 （即 6.3.3守恒标量的PDF 模型 >扩散燃 —2 “eddy ,k J i 表达如下： （ii ）反应及其速率常数值。其中, 另外也提供了一个化学反应机 Da>>1）缺乏真实性；难以解决化学 反应 与湍流的耦合问题；难以预测反应的中间组分；模型常数具有不确定性

FLUENT多相流模型

FLUENT多相流模型 分类 1、气液或液液流动 气泡流动：连续流体中存在离散的气泡或液泡 液滴流动：连续相为气相，其它相为液滴 栓塞（泡状）流动：在连续流体中存在尺寸较大的气泡 分层自由流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。 2、气固两相流动 粒子负载流动：连续气体流动中有离散的固体粒子 气力输运：流动模式依赖，如固体载荷、雷诺数和例子属性等。最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床以及各相同性流 流化床：有一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器进入筒内，从床底不断冲入的气体使得颗粒得以悬浮。 3、液固两相流动 泥浆流：流体中的大量颗粒流动。颗粒的stokes数通常小于1。大于1是成为流化了的液固流动。 水力运输：在连续流体中密布着固体颗粒 沉降运动：在有一定高度的盛有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物质，随后，流体会出现分层。 4、三相流 以上各种情况的组合 多相流动系统的实例 气泡流：抽吸、通风、空气泵、气穴、蒸发、浮选、洗刷。 液滴流：抽吸、喷雾、燃烧室、低温泵、干燥机、蒸发、气冷、洗刷。 栓塞流：管道或容器中有大尺度气泡的流动 分层流：分离器中的晃动、核反应装置沸腾和冷凝 粒子负载流：旋风分离器、空气分类器、洗尘器、环境尘埃流动 气力输运：水泥、谷粒和金属粉末的输运 流化床：流化床反应器、循环流化床 泥浆流：泥浆输运、矿物处理 水力输运：矿物处理、生物医学、物理化学中的流体系统 沉降流动：矿物处理。 多相流模型的选择原则

1、基本原则 1)对于体积分数小于10%的气泡、液滴和粒子负载流动，采用离散相模型。 2)对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出10%的气泡、液滴和粒子负载流动，采用混合模型 或欧拉模型。 3)对于栓塞流、泡状流，采用VOF模型 4)对于分层/自由面流动，采用VOF模型 5)对于气动输运，均匀流动采用混合模型，粒子流采用欧拉模型。 6)对于流化床，采用欧拉模型 7)泥浆和水力输运，采用混合模型或欧拉模型。 8)沉降采用欧拉模型 9)对于更一般的，同时包含多种多相流模式的情况，应根据最感兴趣的流动特性，选择合适的流动模 型。此时由于模型只是对部分流动特征采用了较好的模拟，其精度必然低于只包含单个模式的 流动。 2、混合模型和欧拉模型的选择原则 VOF模型适合于分层的或自由表面流，而混合模型和欧拉模型适合于流动中有相混合或分离，或者分散相的体积分数超过10%的情况（小于10%可使用离散相模型）。 1)如果分散相有宽广的分布（如颗粒的尺寸分布很宽），最好采用混合模型，反之使用欧拉模型。 2)如果相间曳力规律已知，欧拉模型通常比混合模型更精确；若相间曳力规律不明确，最好选用混合 模型。 3)如果希望减小计算量了，最好选用混合模型，它比欧拉模型少解一部分方程；如果要求精度而不在 意计算量，欧拉模型可能是更好的选择。但是要注意，复杂的欧拉模型比混合模型的稳定性差， 可能会遇到收敛困难。

Fluent软件的燃烧模型介绍

FLUENT软件的燃烧模型介绍 Fluent软件中包含多种燃烧模型、辐射模型及与燃烧相关的湍流模型，适用于各种复杂情况下的燃烧问题，包括固体火箭发动机和液体火箭发动机中的燃烧过程、燃气轮机中的燃烧室、民用锅炉、工业熔炉及加热器等。燃烧模型是FLUENT软件优于其它CFD软件的最主要的特征之一。下面对Fluent软件的燃烧模型作一简单介绍： 一、气相燃烧模型 ·有限速率模型 这种模型求解反应物和生成物输运组分方程，并由用户来定义化学反应机理。反应率作为源项在组分输运方程中通过阿累纽斯方程或涡耗散模型。有限速率模型适用于预混燃烧、局部预混燃烧和非预混燃烧。 应用领域：该模型可以模拟大多数气相燃烧问题，在航空航天领域的燃烧计算中有广泛的应用。 ?PDF模型 该模型不求解单个组分输运方程，但求解混合组分分布的输运方程。各组分浓度由混合组分分布求得。PDF模型尤其适合于湍流扩散火焰的模拟和类似的反应过程。在该模型中，用概率密度函数PDF来考虑湍流效应。该模型不要求用户显式地定义反应机理，而是通过火焰面方法(即混即燃模型)或化学平衡计算来处理，因此比有限速率模型有更多的优势。 应用领域：该模型应用于非预混燃烧（湍流扩散火焰），可以用来计算航空发动机的环形燃烧室中的燃烧问题及液体/固体火箭发动机中的复杂燃烧问题。 ?非平衡反应模型 层流火焰模型是混合组分/PDF模型的进一步发展，从而用来模拟非平衡火焰燃烧。在模拟富油一侧的火焰时，典型的平衡火焰假设失效。该模型可以模拟形成Nox的中间产物。 应用领域：该模型可以模拟火箭发动机的燃烧问题和RAMJET及SCRAMJET的燃烧问题。

?预混燃烧模型 该模型专用于燃烧系统或纯预混的反应系统。在此类问题中，充分混合的反应物和反应产物被火焰面隔开。通过求解反应过程变量来预测火焰面的位置。湍流效应可以通过层流和湍流火焰速度的关系来考虑。 应用领域：该模型可以用来模拟飞机加力燃烧室中的复杂流场模拟、气轮机、天然气燃炉等。 二、分散相燃烧模型 除了可以模拟各种气相燃烧问题以外，FLUENT5还提供了模拟分散相燃烧问题(液体燃料燃烧、喷射燃烧、固体颗粒燃烧等)的燃烧模型： ?在拉格朗日坐标下，模拟分散相（包括固体颗粒/油滴/气泡等）在瞬态和稳态下的运动轨迹 ?多种球形和非球形粒子的曳力规律 ?线性分布或Rosin-Rammler方程的粒子大小分布 ?连续相的湍流效应对粒子传播的影响 ?分散相的加热/冷却 ?液滴的汽化和蒸发 ?燃烧粒子，包括油滴的挥发过程和焦碳的燃烧 ?连续相与分散相的耦合 模拟油滴在湍流的影响而产生的扩散效应时，FLUENT可以采用粒子云模型和随机轨道模型。 ?随机轨道模型 该模型利用离散的随机跟踪法模拟瞬态湍流速度脉动对粒子轨迹的影响。 ?粒子云模型 该模型追踪粒子平均轨道的粒子云的形成和演化的统计过程。粒子云浓度通过粒子平均轨迹的概率密度函数来表示。

fluent中燃烧模型分类

FLUENT燃烧模型 化学反应 模拟方法 方法描述计算反应的选择 有限速率模型需要求解组分质量分数的 输运方程，化学反应机理 由用户自己定义。反应速 率在组分输运方程中作为 源项，并由阿累尼乌斯公 式计算。应用范围最广泛。 应用：模拟化学组分混合、 输运和反应的问题；壁面 或粒子表面反应问题 层流有限 速率模型 使用Arrhenius公式计算化学源项，忽略湍流脉动的影响。对于化学动力学控制的燃烧（如层流燃 烧），或化学反应相对缓慢的湍流燃烧是准确的。但对一般湍流火焰中Arrhenius化学动力学的高度 非线性一般不精确；对于化学反应相对缓慢、湍流脉动较小的燃烧（如超音速火焰）可能可以接受。 漩涡破碎模型 Eddy Dissipation 大部分燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流混合控制。复杂且常是未知的化学反应动力学速率可以 完全的被忽略掉。化学反应速率由大尺度涡混合时间尺度k/ε控制。只要k/ε（湍流）出现，燃烧 即可进行，不需要点火源来启动燃烧。（缺点：未能考虑分子输运和化学动力学因素的影响） 适用条件：高雷诺数湍流预混燃烧过程。 EBU-Arrehenius 模型 EDC模型 假定化学反应都发生在小涡中（精细涡），反应时间由小涡生存时间和化学反应本身需要的时间共 同控制。EDC模型能够在湍流反应中考虑详细的化学反应机理。但是他们的数值积分计算开销很大。 使用条件：只有在快速化学反应假定无效的情况下才能使用这一模型（如快速熄灭火焰中缓慢的 CO烧尽、选择性非催化还原中的NO转化问题）。 非预混燃烧模型不求解每个组分的质量分数输运方程，求解混合分数输运方程和一个或两个守恒标量的方程，然后从预测的混合分数公布推导出每一个组分的浓度。通过概率密度函数或PDF来考虑湍流的影响。 应用：主要用于模拟湍流扩散火焰的反应系统。这个系统要求接近化学平衡，氧化物和燃料以两个或者三个进口进入计算域。 预混燃烧模型主要用于单一、完全预先混合好的燃烧系统。反应物和燃烧产物被火焰前沿分开。求解出反应发展变量来预测前沿的位置。湍流的影响通过湍流火焰速度计算。 部分预混燃烧模型描述非预混燃烧完全预混燃烧相结合的系统。结合混合分数方程和反应物发展变量来分别确定组分浓度和火焰前沿位置。适用于计算域内具有变化等值比率的预混火焰情况。通过求解混合分数方程和反应过程参数来确定火焰峰面的位置。 PDF输运方程模型结合CHEMKIN可以考虑详细的化学反应机理，高度的非线性化学反应项是精确模拟，无须封闭模型，可以合理的模拟湍流和详细化学反应动力学之间的相互作用，是模拟湍流燃烧的精确模拟方法。但计算量特别大。 优点：可以计算中间组分；考虑分裂影响；考虑湍流-化学反应之间的作用；无需求解组分输运方程 缺点：系统须满足（靠近）局部平衡；不能用于可压缩或非湍流流动；不能用于预混燃烧。