煤粉燃燒模擬-湍流破碎模型

煤粉燃燒一一湍流破碎模型（EBU）簡介該幫助文件主要介紹煤粉燃燒模型的設(shè)置和求解，采用湍流破碎模型（EBU）。EBU燃燒模型，也稱渦團(tuán)破碎模型，假設(shè)化學(xué)反應(yīng)的平均速度與化學(xué)動力學(xué)無關(guān)，而只取決于低溫的反應(yīng)物和高溫的燃燒產(chǎn)物之間的湍流混合作用。主要包括：煤粉燃燒模型的建立和求解湍流破碎模型（EBU）的應(yīng)用選擇合適的求解參數(shù)計算結(jié)果的后處理問題描述3D模型的剖面圖如圖1所示。左側(cè)為兩個環(huán)形入口，右側(cè)為一個圓形出口。由于模型的對稱性，取系統(tǒng)的1/4進(jìn)行建模。煤粉和攜帶空氣（一次風(fēng)）從內(nèi)環(huán)進(jìn)入燃燒室，二次風(fēng)從外環(huán)進(jìn)入燃燒室，發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)物從壓力出口流出。模型建立和求解Stepl：網(wǎng)格1、讀取mesh文件2、檢查網(wǎng)格：grid ?check3、顯示網(wǎng)格：display ggrida）從列表框中選取所有surfacesb）點(diǎn)擊display，并關(guān)閉griddisplay面板Step2：模型1、選擇k-￡湍流模型Define mmodels vviscous2、啟動能量方程Define mmodels eenergy3、啟動物質(zhì)輸運(yùn)方程Define-——mmodels ?species ?transport&reactiona）選擇model列表中的speciestransportb）選擇reaction列表中的volumetricc）選擇mixturematerial歹列表中的coal-hv-volatiles-aird）選擇turbulence-chemistryinteraction（湍流與化學(xué)反應(yīng)的作用）列表中的eddydissipation（渦流耗散）e）點(diǎn)擊ok,關(guān)閉speciesmodel面板4、啟動Discreteordinates模型（DO離散坐標(biāo)系）a）從model列表中選擇discreteordinatesb）設(shè)置flowiterationsperradiationiteration（流動和輻射迭代次數(shù)）為1c）設(shè)置angulardiscretization （角離散化）中的ThetaDivisionsandPhiDivisions為4d）設(shè)置angulardiscretization（角離散化）中的ThetaPixelsandPhiPixels為3e）點(diǎn)擊ok,關(guān)閉radiationmodel5、啟動discretephase（離散相）模型a）Maxnumberofsteps（最大步數(shù)）40000b）啟動specifylengthscale（步長），設(shè)為0.0025c）點(diǎn)擊ok,關(guān)閉discretephase面板Step3：injections（噴口）1、v-1入口截面設(shè)9個噴口：define ?injectionsa）點(diǎn)擊creat,新建噴口c）9個噴口通用性質(zhì)，見表ParameterValueParticleTypeCombustingMaterialcoal-hvDevolatilizingSpecieshv_volProductSpeciesco2OxidizingGpe匚ics□2PointPropertiesTemperature=343.Z-Velocity=23.11TurbulentDispersionStochasticModelwithvaluesforNumberofTriesandTimeScaleConstantas10and0.15respectively.c）點(diǎn)擊turbulentdispersion,并啟動discreterandomwalkmodel

d）設(shè)置噴口的流速和顆粒半徑InjectionNanieDiameter(m)FlowRateinjection-0le-60.00018264injection-15e-60.00073056injection-2le-50.00127848injectiQn-32.5e-50.00438336injection-45e-50.00584448injection-57.5e-50.00347016injection-60.00010.00146112injection-70.00020.00073056injection-80.00030.00018264e）其它參數(shù)保留默認(rèn)值f）關(guān)閉injections面板Step4：materials（物質(zhì)特性）1、修改coal-hv-volatiles-air混合物的特性：define―?materialsa）從數(shù)據(jù)庫中添加COb）點(diǎn)擊mixturespecies的edit，打開species面板，將CO添加至右側(cè)mixturespecies列表中，并保證N2位于列表的最后c）點(diǎn)擊reaction的edit，打開reactions面板，編輯eddy-dissipation的反應(yīng)式，如下：ReactantsProductsNumberofKeactants=2NumberofProducts=4Stoich.Coefficientshv_vol=1o2=2.46Stoich.Ccefficieiitsco=2.1.7co2=0-6331i2q=2?118ii2=0.，071l-able3:Reaction1ReactantsProductsNumberoflieactants=2NumbercfProducts=1Stoich.Coefficientsco=1c>2=0.5Stoich.Coefficientco2=1l-able4:Reaction2其余參數(shù)保留默認(rèn)值，關(guān)閉reactions面板2、設(shè)置燃燒顆粒coal-hv的特性PropertyValueDensity1000Cp1100LatentHeat0VaporizationTemperature343VolatileComponentFraction55BinaryDiffusivity3e-5SwellingCoefficient2BurnoutStoichiometricRatio2.67CombustibleFraction36,7HeatofReactionforBurnout3.29e7React.HeatFractionAbsorbedbySolid0CombustionModelkinetics/diffusion-limitedMassDiffusion-LimitedRateConstant=5e-12Kinetics-LimitedRatePre-ExponentialFactor=6.7Kinetics-LimitedRateActivationEnergy=1.138e8Vaporizationtemperatureofcoalis773K.But.tostartthereactions,wewillloweritto343Kandoncetheflameshape誦obtained,itwillbechangedtotheor-iginalvalue.3、設(shè)置02、CO2、H2O、CO、N2的特性在Cp列表中選擇piecewise-polynomial，保留默認(rèn)參數(shù)4、設(shè)置coal-hv-volatiles特性(a)Enter50forMolecularWeightand-1.S474e7forStandardStateEnthalpy5、點(diǎn)擊change/create按鈕，關(guān)閉materials面板Step5：操作條件Define—ooperatingconditions保留默認(rèn)參數(shù)。Step6：設(shè)置UDFudf導(dǎo)入后用于設(shè)置后續(xù)的邊界條件。Define——?userdefined——?functions——?interpreted1、設(shè)置源文件的名稱，C函數(shù)(coal-ebu.c)2、設(shè)置C預(yù)處理中CPP的命令名迭代次數(shù)取默認(rèn)值10000，除非udf函數(shù)中的局部變量超出該值造成溢出。該case中，保證迭代次數(shù)高于局部變量。3、如果用fluent的預(yù)處理代替，則選擇usecontributedCPP選項；4、點(diǎn)擊interpret，關(guān)閉interpretdUDFs面板如果編譯過程出現(xiàn)錯誤，則調(diào)試至無錯誤為止。Step7：邊界條件Define ?boundarycondition1、入口V-1的設(shè)置如下ParameterValueVelocityMagnitude23.11m/sTemperature343KTurbulenceIntensity10%HydraLilicDiameter0.013mSpeciesMassFractionso2=0.2315EmissivityDiscretePhaseBCTypeescape2、入口V-2的設(shè)置如下:

ParameterValueVelocitySpecificationMethodComponentsCoordinateSystemCylindrical(Radial.Tangential,Axial)Radial-Velocity0Tangential-Velocityudfvinlet2wvelAxial-Velocityudfvinlet2uvelTemperature573KTurbulenceIntensity12%HydraulicDiameter0.047inSpeciesMassF「白二節(jié)口門占o(jì)2=0,23153、出口P-1的設(shè)置如下:ParameterValueGaugePressure0BackflowTotalTemperature1000KBackflowTurbulenceIntensity10%BackflowHydraulicDiameter1mSpeciesMassFractions□2=0,23154、設(shè)置壁面邊界條件，溫度和內(nèi)部輻射系數(shù)如下:ZoneTemperatureInternalEmissivityw-13430.6w-25730.6w-38730.6w-412730.5w-5udfwall5temp0.5w-6udfwall&temp0.5w-7udfwall7temp0.5w-813230.5w-910730.55、設(shè)置周期性旋轉(zhuǎn);6、關(guān)閉面板Step8：無反應(yīng)流動計算1、關(guān)閉體反應(yīng)Define>modelsspecies―t.transport&reaction2、關(guān)閉離散坐標(biāo)輻射模型Solve—?controlssolutiona)從equations列表框中關(guān)閉discreteoridinatesb)點(diǎn)擊OK,關(guān)閉面板3、關(guān)閉與連續(xù)相的交互反應(yīng)(interaction)define->models>discretephase4、初始化計算區(qū)域Solve—?initialize—?initialize5、打開殘差監(jiān)視圖Solve-mmonitors__residual6、迭代計算100步Solve__>iterate7、改變計算控制參數(shù)Solve-ccontrols-ksolutiona)壓降選擇PRESTO!b)壓力、動量、湍流的松弛因子分別設(shè)為0.5、0.2和0.7c)點(diǎn)擊OK，關(guān)閉面板8、迭代計算支00步。Step9：加入反應(yīng)流的計算啟動與連續(xù)相的交互作用(interectionwithcontinuousphase)，設(shè)置交互間隔為1步；啟動體反應(yīng)(volumetricreactions)；反應(yīng)區(qū)域中補(bǔ)充考慮高溫和生成物分子量：Adapt―?region

a）在shapes列表中選擇cylinder；b）在面板中輸入坐標(biāo)值；c）點(diǎn)擊mark,關(guān)閉面板在反應(yīng)區(qū)域考慮如下參數(shù)：Solve kinitialize-ppatcha）選擇cylinder-r0，設(shè)置參數(shù)如下溫度=2000長H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)=0.01CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)=0.01b）關(guān)閉面板設(shè)置松弛因子如下：Energy0.95Species0.95DiscretePhaseSources1迭代計算1步；保存case和data（coal-ebu-react-start）；設(shè)置每50步進(jìn)行DPM交互計算Define mmodels——>discretephase設(shè)置discretephasesources的松弛因子為0.1；迭代計算300步。Step10：進(jìn)行收斂計算1、改變計算控制參數(shù)Solve——ccontrols—s-solutiona）從equations列表框中選擇discreteordinates（離散坐標(biāo)系）；b）Density松弛因子設(shè)為0.72、迭代計算N500步；3、保存case和data（名稱coal-ebu-1）；4、設(shè)置離散化列表中動量、湍動能、湍流耗散率、hv-vol、O2、CO2、H2O、CO和能量為二階迎風(fēng)；5、迭代計算N300步；6、保存case和data（名稱coal-ebu-2）7、啟動粒子輻射計算；Define——?models——*-discretephase8、改變?nèi)紵w粒的特性Define—*■materialsa）蒸發(fā)溫度設(shè)為773K；b）顆粒離散因子設(shè)為0.159、所有物質(zhì)的松弛因子設(shè)為1，energy和tur