本案例利用Fluent中的Unsteady laminar flamelet model模拟射流燃烧。 

稳态层流小火焰模型（Steady diffusion flamelet model）可以模拟由湍流场的气动应变引起的局部化学非平衡问题，该模型能够精确的模拟随湍流应变快速响应的组分（如OH自由基）。然而，如NOx以及一些反应中的CO之类的慢动力学组分，无法直接通过该模型进行模拟，因为这些组分的浓度取决于其分子历史混合过程及随后的反应。 

氮氧化物可以利用Fluent中的污染物后处理方法模拟，除此以外，NOx和CO还可使用laminar finite-rate，eddy dissipation concept（EDC）或PDF输运模型进行模拟。然而，这三种模型非常消耗计算资源。 

利用unsteady diffusion flamelet模型也可以用于替代这些慢速化学反应模型，该模型以稳态小火焰模型计算结果作为初始值。

本案例模拟的问题如下图所示。 

瞬态层流小火焰模型可以模拟慢速化学反应组分，如气相反应器中的NO及液相反应器中的生成物组分。

在本教程中模拟的导流式射流火焰如图1所示。 

• 准备文件flameD-sfla.msh.gz、gri30.che

• 以2D、double precision模式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh...打开网格文件**flameD-sfla.msh 
  

  

• 双击模型树节点General，右侧面板选择选项Axisymmetric 
  

  

• 右键选择模型树节点Models > Viscous，选择弹出菜单项Model → Realiazble k-epsilon激活湍流模型 
  

  

• 鼠标双击模型树节点Models > Species弹出组分输运模型设置对话框

• 激活模型Non-Premixed Combustion，激活选项Inlet Diffusion，选择Steady Flamelet，点击按钮Import CHEMKIN Mechanism... 
  

  

• 选择Gas-Phase CHEMKIN为gri30.che,点击Apply及Close按钮导入反应机理并关闭对话框 
  

  

• 切换至Boundary标签页，设置Fuel及Oxid的温度分别为294K及291K，设置Mole Fraction

• 设置Fuel中O2 = 0.1575, ch4=0.25，n2=0.5925，氧化剂中保持默认设置 
  

  

• 切换至Control设置，设置Fourier Number Multiplier为1.1，其他参数保持默认设置 
  

  

• 切换至Flamelet标签页，设置Maximum Number of Flamelets为1，设置Initial Scalear Dissipation为33，其他参数保持默认设置，点击按钮Calculate Flamelets计算火焰并保持火焰文件flameD-sfla.fla.gz 
  

  

• 切换至Table标签页，取消选择Include Equilibrium Flamelet选项，其他参数保持默认设置，点击按钮Calculate PDF Table，点击OK按钮关闭对话框 
  

  

• 选择菜单File → Write → PDF...保存PDF文件flameD-sfla.pdf.gz

1、jet边界设置

• 双击模型树节点Boundary Conditions > jet弹出jet边界设置对话框

• Momentum标签页中设置Velocity Magnitude为49.6 mm

• 设置湍流强度与水力直径分别为10%及0.0072 mm 
  

  

• 切换之Species标签页，设置Mean Mixture Fraction为1，表示该边界进入的是Fuel 
  

  

  2、Pilot边界设置

• 双击模型树节点Boundary Conditions > pilot弹出边界设置对话框

• Momentum标签页中设置Velocity Magnitude为11.4 mm

• 设置湍流强度与水力直径分别为10%及0.0165 mm 
  

  

• Species设置Mean Mixture Fraction为0.2755 
  

  

  3、coflow设置

• 双击模型树节点Boundary Conditions > coflow弹出边界设置对话框

• Momentum标签页中设置Velocity Magnitude为0.9mm

• 设置湍流强度与湍流粘度比分别为5%及10 
  

  

• Species设置Mean Mixture Fraction为0，表示该边界全为Oxid 
  

  

  4、outlet设置

• 双击模型树节点Boundary Conditions > outlet弹出边界设置对话框

• 设置湍流强度与湍流粘度比分别为10%及10 
  

  

• Species设置Mean Mixture Fraction为0 
  

  

• 双击模型树节点Solution > initialization

• 右侧面板选择初始化方法为Standard Initialization

• 选择Compute from为all zones，如下图所示

• 点击按钮Initialize开始计算 
  

  

• 双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置 Number of Iterations为500

• 点击按钮Calculate开始计算 
  

  

• 双击模型树节点Models > Species弹出组分设置对话框

• 选择模型Non-Premixed Combustion，选择Unsteady Diffusion Flamelet 

• 切换至Flamelet标签页，如下图所示设置，点击按钮Initialize Unsteady Flamelet Probability

• 检测出口outlet的Probability of Flamelet-1，如下图所示
  

监测的物理量如图所示。 

重新计算100个时间步. 

• 查看平均温度分布 
  

  

• 查看no质量分数分布 
  

  

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本篇文章来源于微信公众号: CFD之道