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Fluent案例|利用FGM模型模拟甲烷燃烧

内容纲要

本案例利用Fluent中的FGM模拟筒式燃烧器内部燃烧过程。

案例目的:

  • 设置FGM模型以模拟部分预混气态甲烷燃烧
  • 指定预混燃烧边界条件
  • 反应流后处理

1 问题描述

本教程介绍使用扩散小火焰生成流型模型(Flamelet Generated Manifold,FGM)模拟部分预混合气体燃烧。案例中,甲烷(质量流量0.00525 kg/s,温度365 K)通过 6 个小区域注入的气态甲烷。空气通过 2 个不同的进入计算区域:

  • 主空气通过一个轴向旋转区域进入计算域(质量流量0.15 kg/s,温度703 K)
  • 次级空气通过炉膛更远处的冷却孔进入计算域(质量流量0.025 kg/s,温度703K)

燃烧器内部工作压力为4 bar。计算模型如图所示。

2 Fluent设置

  • 3D、Double Precision方式启动Fluent
  • 利用菜单File → Read → Mesh...读取计算网格combustor_poly_mesh.msh(网格文件可以在文末下载)

2.1 General设置

  • 采用Pressure-BasedSteady进行计算

2.2 Models设置

1、开启能量方程

  • 利用模型树节点Models → Energy打开Energy对话框,激活Energy模型

2、湍流模型

  • 利用模型树节点Models → Viscous打开Viscous Model对话框,激活Realiazable k-epsilon湍流模型
    • Enhanced wall treatment
    • Curvature correction
    • Production limiter

3、组分模型

  • 利用模型树节点Model → Species打开Species Model对话框
  • 选择Partially Premixed Combustion模型
  1. 进入Chemistry选项卡,进行以下设置
    • Famelet Generated Manifold
    • Non Adiabatic
    • Operating Pressure400000 [Pa]
    • Create Flamelet
    • Diffusion Flamelet
    • Import Chemkin Mechanism,导入机理文件Nat_Gas.inp

如下图所示导入机理文件。

  1. 进入Boundary选项卡
    • 指定Fuel列中ch4为1,指定Oxid列中o2为0.233
    • 设置Fuel温度为365 KOxid温度为703 K
    • 采用Mass Fraction
  1. 进入Flamelet 选项卡
    • 点击按钮Calculate Flamelets生成小火焰
    • 在弹出的询问对话框中点击Yes按钮保存小火焰文件

小火焰构造完毕后,可以点击按钮Display Flamelets...查看小火焰分布。

注:通常建议将混合分数和进度变量点数量设置为64,这样能有更高的分辨率。本案例使用默认值32只是为了加快求解!

  1. 进入Table选项卡
    • 取消选项Automated Grid Refinement
    • 点击按钮Calculate PDF Table生成PDF表

2.3 设置边界条件

1、inletair1边界

  • 指定流量为0.15 kg/s
  • 指定温度为703 K
  • Species选项卡中保持默认。其中Progress Variable指定为0表示未燃,Mean Mixture Fraction指定为0表示为Oxide

2、inletair2边界

  • 指定流量为0.025 kg/s
  • 指定温度为703 K
  • Species选项卡中保持默认。其中Progress Variable指定为0表示未燃,Mean Mixture Fraction指定为0表示为Oxide

3、fuelinlet边界

  • 指定入口流量为0.00525 kg/s
  • 指定温度为365 K
  • 指定Mean Mixture Fraction1 ,表示进入的是Fuel

4、outlet边界

  • 激活选项Average Pressure Specification,其他参数保持默认设置
  • 指定Backflow Progress Variable1

2.4 Methods设置

  • 如下图所示设置求解方法

注:也可以勾选Warped-Face Gradient Correction,此选项通常与多面体网格相关。

2.5 Controls设置

  • 设置亚松弛因子

2.6 监测物理量

  • 监测出口面上最高温度

也可以监测组分。

2.7 初始化

  • 采用Hybrid Initialization进行初始化
  • Patch整个区域的Progress Variable1

2.8 求解计算

  • 迭代计算5000

注:(1)如果未发生点火,可以在迭代100次后停止计算,在混合求解发展后将进度变量更新为1.0。(2)利用Time Scale Factor=1完成计算

监测值稳定后即可停止计算。

3 计算结果

  • XZ面上温度分布
  • CO质量分数
  • H2O质量分数
  • 燃料流线图

链接:https://pan.baidu.com/s/1DMQPU529JYb8CfsX2AAvuQ?pwd=ewmk 提取码:ewmk


(完)

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《Fluent案例|利用FGM模型模拟甲烷燃烧》
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