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。
![](/wp-content/uploads/2023/08/88501cd257cb2d5.png)
2 Fluent设置
-
以 3D、Double Precision
方式启动Fluent
![](/wp-content/uploads/2023/08/f906f10f219c6aa.png)
-
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-Based
及Steady
进行计算
![](/wp-content/uploads/2023/08/298cbc309dcc27b.png)
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
![](/wp-content/uploads/2023/08/9aad9b2988a02f1.png)
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
![](/wp-content/uploads/2023/08/77fe6ff3b7f3029.png)
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
-
进入Chemistry选项卡,进行以下设置 -
Famelet Generated Manifold
-
Non Adiabatic
-
Operating Pressure
:400000 [Pa] -
Create Flamelet
-
Diffusion Flamelet
-
Import Chemkin Mechanism
,导入机理文件Nat_Gas.inp
![](/wp-content/uploads/2023/08/0a0aebdded0763e.png)
如下图所示导入机理文件。
![](/wp-content/uploads/2023/08/0e5ff46edee3240.png)
-
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 K ,Oxid
温度为703 K -
采用Mass Fraction
-
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
![](/wp-content/uploads/2023/08/4bbd833bb2c861c.png)
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!
”
-
进入Table选项卡 -
取消选项 Automated Grid Refinement
-
点击按钮 Calculate PDF Table
生成PDF表
![](/wp-content/uploads/2023/08/3af5ebcef3fd171.png)
2.3 设置边界条件
1、inletair1边界
-
指定流量为0.15 kg/s
![](/wp-content/uploads/2023/08/27eec96cdeb6769.png)
-
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
![](/wp-content/uploads/2023/08/86953532620aaa6.png)
2、inletair2边界
-
指定流量为0.025 kg/s
![](/wp-content/uploads/2023/08/c11e44f094e5ccf.png)
-
指定温度为703 K
![](/wp-content/uploads/2023/08/f47180179459a0d.png)
-
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
![](/wp-content/uploads/2023/08/6475df757207b52.png)
3、fuelinlet边界
-
指定入口流量为0.00525 kg/s
![](/wp-content/uploads/2023/08/51f00e8b506e442.png)
-
指定温度为365 K
![](/wp-content/uploads/2023/08/98690e8c07cc162.png)
-
指定 Mean Mixture Fraction
为1 ,表示进入的是Fuel
![](/wp-content/uploads/2023/08/4b0845730d7e658.png)
4、outlet边界
-
激活选项 Average Pressure Specification
,其他参数保持默认设置
![](/wp-content/uploads/2023/08/d5ae259d62087a5.png)
-
指定 Backflow Progress Variable
为1
![](/wp-content/uploads/2023/08/5be410b885ce474.png)
2.4 Methods设置
-
如下图所示设置求解方法
![](/wp-content/uploads/2023/08/82f5fe939cae846.png)
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
![](/wp-content/uploads/2023/08/146a72d553d2b7f.png)
2.6 监测物理量
-
监测出口面上最高温度
![](/wp-content/uploads/2023/08/449f71c0a8b3465.png)
也可以监测组分。
2.7 初始化
-
采用 Hybrid Initialization
进行初始化
![](/wp-content/uploads/2023/08/830d2b4cd886bd6.png)
-
Patch整个区域的 Progress Variable
为1
![](/wp-content/uploads/2023/08/bb36170d084b66c.png)
2.8 求解计算
-
迭代计算5000 步
![](/wp-content/uploads/2023/08/0b04cc05f1d1eee.png)
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。
![](/wp-content/uploads/2023/08/5237eaf3ab302af.png)
3 计算结果
-
XZ面上温度分布
![](/wp-content/uploads/2023/08/792426242913c7e.png)
-
CO质量分数
![](/wp-content/uploads/2023/08/be3ebf14d343536.png)
-
H2O质量分数
![](/wp-content/uploads/2023/08/52bf21993a4c0f8.png)
-
燃料流线图
![](/wp-content/uploads/2023/08/8a00f48033e68a1.png)
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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