FLUENT算例-(9)模拟燃烧.doc
计算流体力学作业FLUENT模拟燃烧
组分传输与气体燃烧
问题描述：长为2m、直径为0.45m的圆筒形燃烧器结构如图1所示，燃烧筒壁上嵌有三块厚为0.0005m，高0.05m的薄板，以利于甲烷与空气的混合。燃烧火焰为湍流扩散火焰。在燃烧器中心有一个直径为0.01m、长为0.01m、壁厚为0.002m的小喷嘴，甲烷以60m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。空气从喷嘴周围以0.5m/s的速度进入燃烧器。总当量比大约是0.76(甲烷含量超过空气约28%)，甲烷气体在燃烧器中高速流动，并与低速流动的空气混合，基于甲烷喷嘴直径的雷诺数约为5.7×103。
假定燃料完全燃烧并转换为:CH4+2O2→CO2+2H2O
反响过程是通过化学计量系数、形成焓和控制化学反响率的相应参数来定义的。利用FLUENT的finite-rate化学反响模型对一个圆筒形燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动和燃烧过程进行研究。
建立物理模型，选择材料属性，定义带化学组分混合与反响的湍流流动边界条件
使用非耦合求解器求解燃烧问题
对燃烧组分的比热分别为常量和变量的情况进行计算，并比拟其结果
利用分布云图检查反响流的计算结果
预测热力型和快速型的NOX含量
使用场函数计算器进行NO含量计算
利用GAMBIT建立计算模型
第1步启动GAMBIT，建立根本结构
分析：圆筒燃烧器是一个轴对称的结构，可简化为二维流动，故只要建立轴对称面上的二维结构就可以了，几何结构如图2所示。
建立新文件夹
在F盘根目录下建立一个名为combustion的文件夹。
启动GAMBIT
创立对称轴
创立两端点。A(0,0,0)，B(2,0,0)
将两端点连成线
创立小喷嘴及空气进口边界
创立C、D、E、F、G点
C
D
E
F
G
x
0
0.01
0.01
0
0
y
0.005
0.005
0.007
0.007
0.225
连接AC、CD、DE、DF、FG。
创立燃烧筒壁面、隔板和出口
创立H、I、J、K、L、M、N点〔y轴为0.225，z轴为0〕。
H
I
J
K
L
M
N
x
0.500
0.505
1.000
1.005
1.500
1.505
2.000
将H、I、J、K、L、M、N向Y轴负方向复制，距离为板高度0.05。
连接GH、HO、OP、PI、IJ、JQ、QR、RK、KL、LS、ST、TM、MN、NB。
创立流域
将以上闭合线段创立为面。
第2步对空气进口边界进行网格划分
划分甲烷进口边界为等距网格
点击Edges右侧黄色区域
按下Shift+鼠标左键，点击AC线段
Type选SuccessiveRatio,Radio选1
在Spacing下面白色区域右侧下拉列表中选择Intervalcount
在Spacing下面白色区域内填入网格的个数5
保存其他默认设置，点击APPLY
划分空气入口边界为不等距网格
选择FG线时，假设线段方向由F指向G，那么按住Shift键，用鼠标中键点击FG线段，使线段方向由G指向F。
在Type项选择Exponet
在Ratio项输入0.38
Spacing选择Intervalsize并输入0.005
点击APPLY
划分小喷嘴壁面为等距网格
把CD、EF线段划分为网格数为4的等距网格
把DE线段划分为网格数为3的等距网格
划分燃烧器出口边界为等距网格
把燃烧器出口边界BN划分为35个等距离网格。
划分燃烧器壁面为网格
燃烧器壁面由GH、IJ、KL、MN组成
在Edges项选择GH、IJ、KL、MN
在Type项选择Bi-exponent,在Ratio项输入0.55
在Spacing项选择Intervalcount，并输入62
Apply
对壁筒上的三个隔板进行网格划分
把六个竖直边HO、IP、JQ、KQ、LS、MT分别划分为10个等距网格
把三个横边OPQRST分别化为2个等距网格
对整个计算域进行面网格划分
点击Face右侧黄色区域
按下Shift+鼠标左键，点击面上的边线
在Elements选择Quad
在Type项选择Pave
在Spacing项选择Intervalsize,并输入网格间距0.008
Apply
第3步设置边界类型并输出文件
设置甲烷速度入口边界
在Action项为Add
在Name项填入边界名inlet-fuel
在Type项选择WELOCITY_INLET
点击Edges右侧黄色区域
按住Shift键点击AC线段
Apply
设置空气速度入口边界
在Name项填入边界名inlet-air
在Type项选择WELOCITY_INLET
在Edges项选择FG线段
Apply
设置压力出流边界
在Name项填入边界名outlet
在Type