本案例演示利用Fluent新版本提供的稳态扩散小火焰模型计算燃烧室内的燃料燃烧，并与Eddy Dissipation模型进行比较。

演示内容包括：

• 利用Fluent模拟燃烧过程

• 建立包含燃料与氧化剂的反应流模型

• 使用Eddy Dissipation模型

• 使用Steady Diffusion Flamelet模型

• 比较两种燃烧模型的计算结果

1 问题描述

本案例要计算的模型是一个如下图所示的燃烧室。

经过压缩的一次空气以10 m/s的速度通过燃烧器底部的主入口进入燃烧室，经过入口的6个旋流叶片使其与甲烷充分混合燃烧。甲烷气体通过6个燃料入口以40 m/s的速度注入燃烧室。二次空气以6 m/s的速度通过6个二次空气入口进入燃烧室，一方面可以提高燃烧效率，另一方面用于冷却燃烧器壁面。燃料与氧化剂进入燃烧室的初始温度均为300 K。

2 Fluent设置

2.1 读取网格

• 以3D、Double Precision模式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh…读取计算网格combustor_poly.msh

可点击General面板中Display按钮显示计算网格，如图所示。

2.2 Models设置

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

• 鼠标双击模型树节点Species弹出设置对话框，如下图所示

注：这里采用的是Fluent系统中集成的甲烷-空气化学反应。如果要计算系统中所没有的化学反应，则需要在材料属性中自定义化学反应。

2.3 边界条件设置

• 鼠标选择模型树节点Boundary Conditions下的子节点fuelinlet、inletair1及inletair2，点击鼠标右键，选择弹出菜单项Type → velocity-inlet将边界类型修改为速度边界

1、fuelinlet设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > fuelinlet弹出设置对话框，如下图所示，Momentum标签页下，设置Velocity Magnitude为40 m/s

• 进入Species标签页，设置ch4的质量分数为1

2、inletair1设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inletair1弹出设置对话框，如下图所示，Momentum标签页下，设置Velocity Magnitude为10 m/s

• 进入Species标签页，设置o2的质量分数为0.23

3、inletair2设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inletair2弹出设置对话框，如下图所示，Momentum标签页下，设置Velocity Magnitude为6 m/s

• 进入Species标签页，设置o2的质量分数为0.23

4、outlet设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet弹出设置对话框，如下图所示，激活选项Average Pressure Specification，其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭对话框

2.4 Methods设置

• 鼠标双击模型树节点Methods，右侧面板如下图所示设置

2.5 Initialization

• 右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize进行初始化

2.6 Run Calculation

• 双击模型树节点Run Calculation，右侧面板上设置Timescale Factor为5，设置Number of Iterations为500，点击按钮Calculate开始计算

2.7 计算结果

1、查看进出口流量

• 双击模型树节点Results > Reports > Fluxes，弹出设置对话框，如下图所示查看进口与出口的流量

从图中看出，进出口流量达到平衡。

2、创建XZ平面

• 右键选择模型树节点Surface，点击弹出菜单项New → Plane…弹出新建平面设置对话框

• 如下图所示，创建原点为(1 0 1)，法向方向为（0 1 0）的平面，将其命名为plane-xz

3、查看物理量分布

• plane-xz面上CO2质量分数分布

• plane-xz面上o2质量分数分数分布

• wall-part-fluid及wallvanes面上温度分布

3 利用Steady Diffusion Flamele模型进行计算

• 利用菜单File → Write → Case & Data…保存文件combustor_EDM.cas及combustor_EDM.dat

• 利用菜单File → Write → Case & Data…将文件另存为combustor_SDFM.cas及combustor_SDFM.dat

4.1 Models设置

• 鼠标双击模型树节点Models > Species弹出设置对话框，激活选项Non-Premixed Combustion

• 进入Chemistry标签页，激活选项Steady Diffusion Flamelet启用稳态扩散小火焰模型

• 点击按钮Import CHEMKIN Mechanism…打开化学反应机理导入对话框，如下图所示，导入机理文件grimech30_50spec_mech.inp

注：该机理文件位于Fluent安装路径下KINeticsdatagrimech30_50spec_mech.inp

• 进入Boundary标签页，如下图进行设置

组分设置如下表所示。

• 进入Flamelet标签页，采用默认参数，点击按钮Calculate Flamelets创建小火焰数据并保存至文件中

• 切换至Table标签页，保持默认参数，点击按钮Calculate PDF Table计算并创建PDF表

• 点击菜单File → Write → PDF…保存pdf文件

4.2 Boundary Conditions

• 鼠标双击模型树记得Boundary Conditions > fuelinlet弹出设置对话框，切换至Species标签页，设置Mean Mixture Fraction为1，点击OK按钮关闭对话框

注：混合物分数为1表示全部为燃料。

4.3 Initialization

• 右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize进行初始化

4.4 Run Calculatio

• 双击模型树节点Run Calculation，右侧面板上设置Timescale Factor为5，设置Number of Iterations为500，点击按钮Calculate开始计算

4 计算结果

• plane-xz面上CO2质量分数分布

• plane-xz面上o2质量分数分数分布

链接：

https://pan.baidu.com/s/1JMRqQV_N246IkLy_79zIog 

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