第五章 fluent預(yù)混燃燒模型

1、五、預(yù)混燃燒模型五、預(yù)混燃燒模型 預(yù)混燃燒：燃料和氧化劑在點火之前進行分子級別的混合，反應(yīng)在燃燒區(qū)域發(fā)生，這個區(qū)域?qū)⑽慈紵姆磻?yīng)物和燃燒產(chǎn)物分開。如吸氣式內(nèi)燃機、稀薄燃氣輪機的燃燒器、氣體泄漏爆炸等。預(yù)混燃燒模擬的難點預(yù)混燃燒模擬的難點 預(yù)混燃燒通常作為薄層火焰產(chǎn)生，被湍流拉伸或扭曲，火焰?zhèn)鞑サ恼w速率受層流火焰速度和湍流漩渦控制； 為得到層流火焰速度，需要確定內(nèi)部火焰結(jié)構(gòu)和詳細的化學(xué)動力學(xué)及分子擴散過程，實際的火焰厚度只有微米級別； 湍流作用使得傳播中的層流火焰杯皺折、拉伸，增加了薄層面積，提高了火焰速度； 關(guān)鍵：捕獲湍流火焰速度，受層流火焰速度和湍流的影響。預(yù)混模型使用限制預(yù)混模型使用限制

2、 必須使用非耦合求解器；（define-models-solver: Pressure based） 只對湍流、亞音速模型有效； 不能和污染物模型（如NOx）一起使用； 不能模擬離散相粒子的反應(yīng)，只有惰性粒子才能與預(yù)混模型一起使用。1、預(yù)混模型理論、預(yù)混模型理論 火焰前鋒的傳播：預(yù)混燃燒時，火焰發(fā)生在一個非常薄的火焰層火焰層中，火焰前鋒移動時，未燃反應(yīng)物燃燒變?yōu)楫a(chǎn)物，火焰層將反應(yīng)的流場分為已燃已燃物區(qū)和未燃物區(qū)物區(qū)和未燃物區(qū)，反應(yīng)的傳播等同于火焰前鋒的傳播預(yù)混燃燒預(yù)混燃燒-Zimont模型模型 反應(yīng)進程變量c：Yp：當(dāng)前產(chǎn)物的質(zhì)量分數(shù)；Ypad ：完全絕熱燃燒后產(chǎn)物的質(zhì)量分數(shù)； 標(biāo)量c的輸運方

3、程：Sct：施密特數(shù)，Sc為反應(yīng)進程源項：Ut：湍流火焰速度，求解的關(guān)鍵關(guān)鍵。padpppYYc/ 受兩個因素影響：層流火焰速度；渦流引起的火焰前鋒的折皺、拉伸和加厚。 求解湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣萓t時考慮：（1）預(yù)混燃料當(dāng)量比（2）湍流引起的火焰前鋒皺折和增厚（3）湍流拉伸引起的火焰前鋒淬熄（4）分子擴散湍流火焰速度湍流火焰速度化學(xué)反應(yīng)時間尺度。湍流火焰速度湍流火焰速度 FLUENT中計算火焰速度公式：A模型常數(shù)，u速度均方值，Ul層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?為熱擴散系數(shù)， 為湍流時間長度尺度， 湍流時間尺度， 湍流化學(xué)反應(yīng)時間尺度。4/14/14/12/14/3)( ) (cttltAulUuAUpck

4、/3uClDt/ultt2/lcU湍流長度尺寸常數(shù)CD湍流火焰速度常數(shù)A拉伸系數(shù)湍流施密特數(shù)Sct拉伸系數(shù)拉伸系數(shù) 為了考慮火焰面拉伸所導(dǎo)致的吹熄現(xiàn)象，在反應(yīng)源項中乘以一個拉伸因子 G，即 ：其中： 以上各式中出現(xiàn)的一些常數(shù)值在FLUENT默認條件下為：A=0.52，CD=0.37，str=0.26， Sct =0.7CSG溫度的計算溫度的計算 絕熱溫度計算：模型假設(shè)未燃混合物溫度Tu和絕熱條件下燃燒產(chǎn)物溫度Tad之間成線性變化。溫度計算溫度計算 非絕熱溫度計算：求解能量輸運方程中得到系統(tǒng)中能量 的得失，包括化學(xué)反應(yīng)熱源、輻射產(chǎn)生熱損失等，以焓表示的能量方程為：Sh,rad：輻射導(dǎo)致的熱損失；

5、Sh,chem：化學(xué)反應(yīng)得到的熱量反應(yīng)進程源項：Hcomb:每1kg燃料產(chǎn)生的熱量，Yfuel：未燃混合物中燃料的質(zhì)量分數(shù)。fuelcombCchemhYHSS,密度的計算密度的計算 絕熱火焰 非絕熱火焰2、預(yù)混燃燒模型的使用、預(yù)混燃燒模型的使用 適用條件：湍流、快速化學(xué)反應(yīng)、預(yù)混合； 案例：（1）預(yù)混合反應(yīng)流系統(tǒng)；（2）低預(yù)混合燃氣渦輪燃燒室。 限制條件：不能模擬點火、熄滅和低Da數(shù)的情況。3、FLUENT相關(guān)設(shè)置相關(guān)設(shè)置1、選擇預(yù)混模型2、確定絕熱或非絕熱（如果有fluent材料庫中的模型，可以首先選擇一種）FLUENT相關(guān)設(shè)置相關(guān)設(shè)置2、定義材料屬性、定義材料屬性 絕熱絕熱未燃反應(yīng)物密度

6、未燃反應(yīng)物密度未燃反應(yīng)物溫度未燃反應(yīng)物溫度絕熱燃燒產(chǎn)物溫度絕熱燃燒產(chǎn)物溫度動力黏度動力黏度熱擴散系數(shù)熱擴散系數(shù)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣扰R界變化率（火焰拉伸）臨界變化率（火焰拉伸）FLUENT相關(guān)設(shè)置相關(guān)設(shè)置2、定義材料屬性、定義材料屬性 非絕熱非絕熱未燃反應(yīng)物密度未燃反應(yīng)物密度未燃反應(yīng)物溫度未燃反應(yīng)物溫度比熱比熱導(dǎo)熱率導(dǎo)熱率動力黏度動力黏度熱擴散系數(shù)熱擴散系數(shù)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣扰R界變化率（火焰拉伸）臨界變化率（火焰拉伸）燃燒熱燃燒熱未燃物質(zhì)量分數(shù)未燃物質(zhì)量分數(shù)FLUENT相關(guān)設(shè)置相關(guān)設(shè)置3、設(shè)置邊界條件（關(guān)鍵在于設(shè)置反應(yīng)進程量C的值）C=0:未燃混合物C=1：燃燒后的混合物FLUENT相關(guān)設(shè)置相關(guān)設(shè)置 計算后處理計算后處理進程變量CDamkohler數(shù)（混合時間/反應(yīng)時間）拉伸因子湍流火焰速度靜態(tài)溫度產(chǎn)物生成速率層流火焰速度臨界應(yīng)力速率未燃燃料質(zhì)量分數(shù)FLUENT相關(guān)設(shè)置相關(guān)設(shè)置 顯示質(zhì)量分數(shù)用戶定義函數(shù)用戶定義函數(shù)未燃混合物中某種物質(zhì)濃度：已燃混合物中某種物質(zhì)濃度：Define-custom field functioncYu1c