本算例利用Star CCM 中的小火焰燃烧模型计算甲烷喷射燃烧过程。

1 问题描述

计算模型及尺寸如下图所示。

计算域边界如下图所示。

燃料入口中进入到计算区域的可燃介质为甲烷，速度20 m/s；压力出口设置静压为0。

2 化学平衡模型计算

• 启动STAR CCM
• 创建一个仿真工程

• 选择菜单File → Import → Import Mesh… 导入计算网格methane.msh

2.1 物理模型选择

• 鼠标右键选择模型树节点Models，点击弹出菜单项Select Models… 打开模型选择对话框
• 如下表所示选择物理模型

设置完毕的后的模型如下图所示。

2.2 参考值与初始值

• 设置重力加速度为X方向-9.8 m/s2

• 设置初始速度为x方向20 m/s

2.3 创建化学平衡表

• 右键选择模型树节点Chemistry Definition，点击弹出菜单项Select Mixture Components…

注：若有详细的Chemkin化学反应机理文件，也可以直接导入机理文件，这样要更精确一些。

• 选择混合物组分CH4、O2、CO2、H2O、N2

• 右键选择节点Oxidizer , 点击弹出菜单项Edit…

• 设置氧化剂中组分构成，如下图所示

• 设置Fuel的组分构成，如下图所示

• 右键选择节点Chemical Equilibrium Table，点击弹出菜单项Generate Chemical Equilibrium and Construct Table生成查询表

查询表生成后，可以查看图形表。

• 如下图所示，右键选择节点Chemical Equilibrium XY Plots，点击菜单项New Plot → Temperature

• 右键选择模型树节点Temperature 1，点击弹出菜单项Add New Table View for Plotting…

• 如下图所示采用默认参数

• 生成的温度与混合分数相关关系曲线，如下图所示

2.4 设置边界条件

1、ATM边界

• 设置ATM边界类型为Stagnation Inlet

边界设置如下表所示。

2、AXIS边界

• 右键选择AXIS，点击弹出菜单项Project to Axis… 将边界对齐到坐标轴上

3、INLET边界

边界设置如下表所示。

4、outlet边界

指定边界outlet的参数，如下表所示。

2.5 迭代参数

• 指定最大迭代次数2000 次

• 点击菜单Solution → Run开始计算

2.6 计算结果

• 温度分布

3 稳态扩散小火焰模型计算

稳态扩散小火焰模型允许定义化学反应过程。这里在前面设置的基础上重新修改计算模型。

3.1 选择物理模型

• 鼠标右键选择模型树节点Models，点击弹出菜单项Select Models… 打开模型选择对话框
• 如下表所示选择物理模型

设置完毕的后的模型如下图所示。

3.2 构造SLF表

• 如下图所示导入Chemkin机理文件

• 导入机理文件及属性文件

• 指定氧化剂组成

• 指定燃料构成

• 如下图所示指定表格中组分构成，选择所有组分

• 生成查询表

• 查看温度

• 添加数据到表格

• 指定参数

• 温度与混合分数变化曲线如下图所示

3.3 计算结果

• 计算得到的温度分布如下图所示

可以看到，考虑化学反应时得到的温度值要比不考虑时更低。

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