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直喷天然气发动机非预混燃烧模拟

内容纲要

本教程介绍了四冲程发动机非预混燃烧模拟。由于在整个燃烧过程中,两个气门都保持关闭,因此建立了没有气门的发动机的简化模型。

1     启动FLUENT并导入网格 

(1)在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Fluid Dynamics→FLUENT 19.2命令,启动FLUENT 19.2。

(2)在FLUENT Launcher界面中的Dimension中选择3D,在Option中选择Double Precision,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natural_gas-comb-CA0360.msh.gz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,弹出Scale Mesh对话框,在View Length Unit In选择mm,保持默认值并关闭窗口。

 

 2     设置周期性边界 

(1)在命令栏输入以下命令/grid/mz/make-periodic,创建周期性区域。

(2)同步骤(1),建立period_outer1和period_outer2的周期性区域。

 3     设置分界面 

(1)单击主菜单中Setting Up Domain→Interface→Mesh按钮,弹出Mesh Interfaces(网格分界面)面板。

(2)单击Manual Create按钮,弹出Create/Edit Mesh Interfaces(创建/编辑网格分界面)对话框,创建以下对应的Interface。

 4     定义求解器 

(1)单击命令结构树中General按钮,弹出General(总体模型设定)面板。在SolverTime中选择Transient。

 5     动网格设置 

(1)在命令结构树中Dynamic Mesh按钮,弹出Dynamic Mesh(动网格)对话框,勾选Dynamic Mesh,在Mesh Methods中选择勾选Smoothing、Layering和Remeshing。

(2)单击Mesh Methods中Settings按钮弹出Mesh Method Settings对话框,在Remeshing选项卡中,勾选Region Face,在Layering选项卡中,Collapse Factor中填入0.1,单击OK按钮确认并关闭对话框。

(3)在Options中勾选In-Cylinder,单击Options中Settings按钮弹出Options对话框,如下图所示,填入发动机主要物理参数,单击OK按钮确认并关闭对话框。

(4)单击主菜单中File→Read→Profile按钮,弹出Select File(导入Profile文件)对话框,选择文件名为valve.prof的Profile文件,单击OK按钮导入。

(5)在Dynamic Mesh Zones中单击Create/Edit按钮,弹出Dynamic Mesh Zones(动网格区域)对话框。

在Zone Names中选择fluid-outer,在Type中选择Rigid Body,在Motion Attributes选项卡中,Motion UDF/Profile选择**piston-full**,在Valve/Piston Axis中对应填入(0,0,1),单击Create按钮创建动网格区域。

在Zone Names中选择bowl,在Type中选择Rigid Body,在Motion Attributes选项卡中,Motion UDF/Profile选择**piston-full**,在valve/Piston Axis中对应填入(0,0,1),在Meshing Options选项卡中,Cell Height中填入0.8,单击Create按钮创建动网格区域。

在Zone Names中选择bowl:019,在Type中选择Rigid Body,在Motion Attributes选项卡中,Motion UDF/Profile选择**piston-full**,在valve/Piston Axis中对应填入(0,0,1),在Meshing Options选项卡中,Cell Height中填入0.8,单击Create按钮创建动网格区域。

在Zone Names中选择wall_top_outer,在Type中选择Stationary,在Mesh Options选项卡中,Cell Height输入0.8,单击Create按钮创建动网格区域。

 6     导入UDF文件 

(1)单击主菜单中User Defined→Functions→Compiled按钮启动Compiled UDFs(编辑UDF)对话框。

在Source Files下单击Add按钮弹出Select File(导入文件)对话框,选择initialize.c,injection_ch4.c文件,单击OK完成UDF文件导入。

返回编辑UDF对话框,单击Bulid按钮进行编辑,在弹出的疑问对话框中单击OK按钮。

单击Load按钮,加载刚刚编译完成的UDF函数库。

(2)单击主菜单中User Defined→Function Hooks按钮启动User-Defined Function Hooks对话框。

单击Edit按钮弹Adjust Function对话框,在Available Adjust Functions中选择my_init_function::libudf,单击Add按钮并单击OK按钮确认。

 7     定义模型 

(1)在模型设定面板Models中双击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。

(2)在模型设定面板双击Species按钮,弹出Species Model(物质模型)对话框,在Model中勾选Non-Premixed Combustion。

在PDF Options中勾选Inlet Diffusion和Compressibility Effects,在Chemistry选项卡中,在Energy Treatment中选择Non-Adiabatic,在Equilibrium Operating Pressure中填入3000000。

在Boundary选项卡中,在Specify Species in中选择Mole Fraction,设置以下物质的摩尔百分比。

在Table选项卡中,保留默认值单击Calculate PDF Table按钮,等程序计算完毕再单击Display PDF Table按钮弹出PDF Table对话框,单击Display按钮显示PDF表。

 8     边界条件 

(1)单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

(2)在边界条件面板中,单击选择inlet,在Type中选择mass fow inlet,弹出边界条件设置对话框。在Mass Flow Specification Method中选择Mass Flux,在Mass Flux中选择fuel_flux::libudf,在Normal to Boundary中选择Direction Specication Method,在Specification Method中选择Intensity and Length Scale,在Turbulent Length Scale中填入2。

在Species选项卡中,Mean Mixture Fraction填入1,单击OK按钮关闭对话框。

 9     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PISO,Skewness Correction中填入0,在Pressure中选择Standard。

(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Under-Relaxation Factor中Pressure中填入0.5。

(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,在Iterations to Plot中填入100,单击OK按钮确认退出。

 10     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Standard Initialization,在Gauge Pressure中填入1898675,在Temperature中填入690,单击Initialize按钮进行初始化。 

 11     计算求解 

(1)单击主菜单中Solving→Activities→Autosave按钮,弹出Autosave(自动保存)对话框,设置Save Data File Every为20。

(2)单击主菜单中Postprocessing→Surface→Create→Iso-Surface按钮,弹出Iso-Surface(等值面)对话框,New Surface Name中填入y=.02,Surface of Constant中选择Mesh和Abs. Angular Coordinate,Iso-Values中填入90,单击Create按钮确认。

(3)单击主菜单中Solving→Run Calculation按钮,弹出Run Calculation(运行计算)面板。

在Number of Time Steps中输入200,单击Calculate开始计算。 

 12     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Species和Mass fraction of ch4,在Options中选择Filled,在Surface中选择theta=90,单击Display按钮,显示云图。

(2)同样方法显示温度云图。

算例下载地址:

https://pan.baidu.com/s/1JDFstSIp5H7QG8vTnqjAIg 提取码: dq5d

本篇文章来源于微信公众号: 南流坊

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