本案例演示利用Fluent计算天然气燃烧器内甲烷燃烧过程。
参考文献:
[1]K.C. Westbrook, L.F. Dryer, “Simplified reaction mechanism for the oxidation of hydrocarbon fuels in flames”, Combustion Science and Technology, Vol 27, pp. 31-43, 1981
[2]T.P. Coffee, “A Lumped Parameter Code for Regenerative Liquid Propellant Guns”, BRL-TR-2703, U.S. Army Ballistic Research Laboratory, 1985
模型如下图所示。空气与天然气分别从不同的入口进入燃烧器,燃料气中甲烷质量分数90%,氮气10%。
计算参数如表所示。
采用稳态计算,计算模型为2D轴对称模型,采用Eddy Dissipation计算甲烷燃烧。
以2D、Double Precision模式启动Fluent
鼠标双击模型树节点General,右侧面板采用默认设置2D Space为Axisymmetric
鼠标双击模型树节点Models > Viscous,弹出对话框中选择Realizable k-epsilon湍流模型
鼠标双击模型树节点Models > Species,弹出设置对话框
如下图所示,激活选项Species Transport开启组分方程
激活选项Volumetric开启体积反应
选项选择Eddy-Dissipation激活涡耗散模型
注:涡耗散模型是快速化学反应模型,燃烧速率由湍流控制。
本案例考虑单步甲烷燃烧反应:
涉及到的组分包括CH4、O2、CO2、水蒸气以及N2。
从材料数据库中添加材料CO2与甲烷
修改CO2材料参数,如下图所示
修改甲烷材料参数,如下图所示
双击模型树节点Materials → Mixture → mixture-template打开混合物编辑对话框,物性参数设置如下图所示
点击Mixture Species右侧的Edit…按钮编辑组分,如下图所示,点击OK按钮关闭对话框
点击Mixture Species右侧的Edit…按钮编辑组分,如下图所示设置化学反应,点击OK按钮关闭对话框
边界条件设置中的一些项,如入口速度、湍流条件等采用Profile文件指定。
选择菜单项File → Read → Profile…读取文件VMFL049_combustion.set.prof
1、air
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > air弹出设置对话框
Momentum标签页设置Axial-Velocity为inlet1 air-velocity,湍流参数如下图所示设置
Thermal标签设置Temperature为323 k
Species标签页下设置o2为0.233,设置n2为0.767
2、fuel
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > fuel弹出设置对话框
Momentum标签页设置Axial-Velocity为inlet fuel-velocity,湍流参数如下图所示设置
Thermal标签额设置Temperature为313 k
Species标签页下设置n2为0.1,设置ch4为0.9
3、outlet
鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet弹出设置对话框
保持默认设置
4、壁面边界
设置所有壁面边界(wall-dis、wall-in、wall-step、wall-top)Temperature为393 k
双击模型树节点Methods,右侧面板如下图所示设置Scheme为SIMPLE,其他参数如下图所示进行设置
双击模型树节点Monitors > Residual,弹出设置对话框
如下图所示,设置除energy外其他所有变量的残差为1e-5
右键选择模型树节点Initialization,点击弹出菜单项Initialize进行初始化
鼠标双击模型树节点Run Calculation,右侧面板如下图所示,设置Number of Iterations为1500
点击按钮Calculate开始迭代计算
温度场分布
O2质量分数
h2o质量分数
速度分布
计算结果与实验值比较(轴线上温度分布)
计算结果与实验值比较(轴线上CH4摩尔分数分布)
https://pan.baidu.com/s/16zaxdxDN5JqT_AXD4nF_pw
提取码: 4dav
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