ANSYS Fluent燃烧模型详解与实战应用

燃烧是一种相当复杂的化学反应，通常还伴随着流体流动、离散相颗粒扩散、传热、污染物产生等多种物理情况。为尽可能详细仿真多种化学反应，ANSYS Fluent提供了多种化学反应模型如EDC,EDM,PDF,Laminar Finite-Rate等模型。

根据混合反应时间尺度与化学反应时间尺度的比值，即达姆科勒数Da值（见图1），可大致将化学反应分为快速反应和慢速反应，各自包含的化学反应模型如图2所示：

图1 达姆科勒数Da表达式及含义

图2 快速反应及慢速反应的分类

若Da>>1时，则化学反应时间尺度非常的短，认为反应物一接触就近乎瞬间完成。那么整个仿真的反应速率由混合时间尺度所决定，即湍流出现，则认为燃烧开始，不需要点火源来启动燃烧，比如Eddy-Dissipation Model、Steady Laminar Flamelet Model等。

若Da~1时，则化学反应时间尺度和混合反应时间尺度在同一数量级内，即二者对反应速率的影响都占有一定比重，不可忽略其中一种，那么整个仿真的反应速率由二者所共同决定的，比如Laminar Finite Rate Model、Eddy-Dissipation Concept Model、Composition PDF Transport Model等。

ANSYS Fluent提供多种化学反应模型（见图3），以供各种复杂化学反应的仿真。总体而言分为通用有限速率模型、非预混燃烧模型、预混燃烧模型、部分预混燃烧模型和组分概率密度输运模型5种（见图4）。

图3 ANSYS Fluent化学反应模型分类列表

图4

除此之外，ANSYS还可结合DPM模型模拟颗粒燃烧过程，开启污染物模型预测氮氧化物、碳氧化物以及烟的分布、开启电化学反应模拟电化学过程、结合CHEMKIN软件详细描述化学反应机理的化学反应等（见图5、图6、图7、图8）。

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