FLUENT在非预混燃烧模拟中的精准应用

本教程的目的是准确地模拟在300千瓦BERL燃烧室的燃烧过程。这类问题可以通过物质输运模型或非预混燃烧模型来模拟。在本教程中，将使用非预混燃烧模型来建立和解决天然气燃烧问题。

1. 启动FLUENT并导入网格

1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.1→Fluid Dynamics→FLUENT 19.1命令，启动FLUENT 19.1。

2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中选择2D，在Display Options中勾选Display Mesh After Reading，Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme，单击OK按钮进入FLUENT主界面。

3）在FLUENT主界面中，单击主菜单中File→Read→Mesh按钮，弹出Select File（导入网格）对话框，选择文件名为berl.msh的网格文件，单击OK按钮便可导入网格。

4）导入网格后，在图形显示区将显示几何模型。

5）单击主菜单中Mesh→Check按钮，检查网格质量，确保不存在负体积。

6）单击主菜单中Mesh→Transform→Scale按钮，在View Length Unit In中选择mm，在Mesh Was Created In中选择mm，单击Scale按钮并关闭窗口

7）单击主菜单中Results→Graphics→Views按钮，在Mirror Planes中选择axis-2，单击Apply按钮并关闭窗口。

8）单击主菜单中File→Write→Case按钮，弹出Select File（保存项目）对话框，在Case File中填入battery，单击OK按钮便可保存项目。

2. 定义求解器

1）单击主菜单中Define→General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在2DSpace中选择Axisymmetric Swirl。

2）在模型设定面板双击Energy按钮，弹出Energy（能量模型）对话框，勾选Energy Equation激活能量方程，单击OK按钮确认。

3）在模型设定面板双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择k-epsilon (2eqn)，单击OK按钮确认并关闭对话框。

4）在模型设定面板双击Radiation按钮，弹出Radiation Model（辐射模型）对话框，在Model中选择Discrete Ordinates (DO)，在Energy Iterations per Radiation Iteration中输入1，单击OK按钮确认并关闭对话框。

5）在模型设定面板双击Species按钮，弹出Species Model（物质输运模型）对话框，在Model中选择Non-Premixed Combustion，在PDF Options中选择Inlet Diffusion。

在chemistry选项卡中，Fuel Stream Rich Flammability Limit填入0.064。

在Boundary选项卡中，定义边界组分。在Boundary Species中分别添加物质c2h6，c3h8，c4h10和co2，在Specify Species in中选择Mole Fraction，在Fuel中各物质mole百分比见下表所示。在Temperature中，Fuel和Oxid温度均设置为315K。

物质	mole百分比
ch4	0.965
n2	0.013
c2h6	0.017
c3h8	0.001
c4h10	0.001
co2	0.003

在Table选项卡中，单击Calculate PDF Table按钮，计算非绝热PDF表。再单击Display PDF Table按钮，在弹出的PDF Table对话框中，单击Display按钮显示温度查表。

在FLUENT主界面中，单击主菜单中File→Write→PDF按钮，弹出Select File对话框，选择文件名为non_premix_combustion.pdf文件，单击OK按钮保存。

3.设置材料

1）单击主菜单中Define→Materials→pdf-mixture按钮，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。在Absorption Coefficient中选择wsggm-domain-based，单击Change/Create按钮完成物质的设定。

4.边界条件

1）在FLUENT主界面中，单击主菜单中File→Read→Profile按钮，弹出Select File对话框，选择文件名为berl.prof文件，单击OK按钮便可导入profile文件

2）单击主菜单中Define→Boundary Conditions按钮启动的边界条件面板。

3）在边界条件面板中，双击poutlet-3弹出边界条件设置对话框。在Turbulence中选择Intensity and Hydraulic Diameter，其中Backflow Hydraulic Diameter填入600mm。在Thermal选项卡中，Backflow Total Temperature中输入1300，单击OK按钮确认退出。

4）在边界条件面板中，双击air-inlet-4弹出边界条件设置对话框。在Velocity Specification Method中选择Components，Axial-Velocity选择vel-prof u，Swirl-Velocity选择vel-prof w，在Turbulence中选择Intensity and Hydraulic Diameter，其中Turbulent Intensity填入17%，Turbulent IntensityBackflow Hydraulic Diameter填入29mm。

在Thermal选项卡中，Temperature中输入312，单击OK按钮确认退出。

5）在边界条件面板中，双击fuel-inlet-5弹出边界条件设置对话框。在Velocity Specification Method中选择Components，Radial-Velocity中填入157.25，在Turbulence中选择Intensity and Hydraulic Diameter，其中Turbulent Intensity填入5%，Turbulent IntensityBackflow Hydraulic Diameter填入1.8mm。在Thermal选项卡中，Temperature中输入308。在Species选项卡中，Mean Mixture Fraction中输入1，单击OK按钮确认退出。

6）在边界条件面板中，双击wall-6弹出边界条件设置对话框。在Thermal选项卡中，Thermal Conditions选择Temperature，Temperature中输入1370，Internal Emissivity中输入0.5，单击OK按钮确认退出。

7）同步骤（6），设置从wall-7到wall-13的壁面边界参数，数值如下表所示。

5. 求解控制

1）单击主菜单中Solving→Solution→Methods按钮，弹出Solution Methods（求解方法设置）面板。在Scheme中选择Coupled，在Pressure中选择PRESTO!。

2）单击主菜单中Solving→Controls→Controls按钮，弹出Solution Controls（松弛因子控制）面板。在Flow Courant Number中填入70，在Under-Relaxation Factor中Density填入0.2，Body Forces填入0.8。

3）单击主菜单中Solving→Reports→Residuals按钮，弹出Residuals Monitors（残差监视）面板，在Options中选择Plot，单击OK按钮确认退出。

6. 初始条件

单击主菜单中Solving→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。Initialization Methods中选择Hybrid，单击Initialize按钮进行初始化。

7. 计算求解

单击主菜单中Solving→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。在Number of Iterations中输入1500，单击Calculate开始计算。

8. 结果后处理

1）在Graphics下双击Contous弹出Contous（等值线）对话框。Contous of选择Temperature和Static Temperature，在Options中选择Filled，单击Display按钮，显示云图。

2）Contous of选择Velocity和Velocity Magnitude，在Options中选择Filled，单击Display按钮，显示云图。

3）Contous of选择Species和Mass fraction of o2，在Options中选择Filled，单击Display按钮，显示云图。

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