【Fluent实例】喷雾燃烧

本案例利用DPM模型及部分预混燃烧模型计算燃烧器内柴油喷雾燃烧过程。

计算模型如图所示。

燃料入口温度375 K，一次风及二次风入口温度800 K，操作压力4 bar。

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启动Fluent并读取网格

• 以3D、Double Precision方式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh…读取网格Combustor.msh

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Models设置

• 右键选择模型树节点Models > Energy，点击弹出菜单项On激活能量方程

• 鼠标双击模型树节点Models > Viscous，弹出设置对话框，如下图所示，激活SST k-omega湍流模型，激活选项Curvature Correction，点击OK按钮关闭对话框

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组分模型设置

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

• 激活选项Chemical Equilibrium、Non Adiabatic及 Compressibility Effects

• 设置 Operating Pressure 为4.0E5 pa

• 激活选项 C Equation

• 进入Boundary标签页，如下图所示，设置Fuel- jet-a<g>= 1.0

• 设置Oxidizer- n2 = 0.767, Oxidizer-o2 = 0.233

• 设置温度Fuel = 375 [K]，Oxid = 800 K

• 进入Table标签页，保持参数默认设置，点击按钮Calculate PDF Table创建PDF表

• 利用菜单File → Write → PDF…保存文件Combustor.cas.pdf.gz

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离散相模型设置

• 鼠标双击模型树节点Models > Discrete Phase Model，弹出设置对话框，如下图所示，激活选项Interaction with Continuous Phase

• 切换至Physical Models标签页，激活选项Pressure Dependent Boiling

• 进入Numerics标签页，激活选项Droplet及Combusting，激活选项Linearize Source Terms

注：激活选项Linearize Source Terms能够提高数值稳定性。允许使用更大的时间步长和更大的松弛因子。

• 点击按钮Injections…弹出设置对话框，如下图所示，点击按钮Create创建入射器

• 如下图所示，设置Injection Type为Surface，设置Release From Surfaces为fuelinlet

• 设置Particle Type为Droplet，设置Material为diesel-liquid，设置Evaporating Species为jet-a，其他参数如图中所示设置

• 进入Turbulent Dispersion标签页，激活选项Discrete Random Walk Model，设置Number of Tries为10，其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭对话框

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Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > Droplet > diesel-liquid，弹出材料属性设置对话框

• 设置Vaporization Model为convection/diffusion-controlled，点击按钮Change/Create修改参数

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边界条件设置

• 选中模型树节点fuelinlet、inletair1及inletair2，点击鼠标右键，选中弹出菜单项Type → mass-flow-inlet将边界类型设置为流量入口边界

1、inletair1设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inletair1，弹出对话框中设置Mass Flow Rate为0.15 kg/s

• 切换至Thermal标签页，设置Total Temperature为800 K

• 切换至Species标签页，设置所有参数为0，点击OK按钮关闭对话框

2、inletair2设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inletair2，弹出对话框中设置Mass Flow Rate为0.025 kg/s

• 切换至Thermal标签页，设置Total Temperature为800 K

• 切换至Species标签页，设置所有参数为0，点击OK按钮关闭对话框

3、fuelinlet设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inletair2，弹出对话框中设置Mass Flow Rate为0 kg/s

• 切换至Thermal标签页，设置Total Temperature为375 K

• 切换至Species标签页，设置Mean Mixture Fraction为1，设置其他参数为0，点击OK按钮关闭对话框

4、outlet设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet，弹出对话框中激活选项Average Pressure Specification，点击OK按钮关闭对话框

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Methods设置

• 双击模型树节点Methods，右侧面板设置选项Scheme为Coupled，激活选项Pseudo Trasient

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Initialization

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

• 鼠标右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Patch…

• 如下图所示，设置区域内Progress Variable为1

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迭代计算

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板如下图所示设置参数Timescale Factor为0.5，设置Number of Iterations为1000

• 点击按钮Calculate开始计算

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计算结果

创建y=0的等值面，查看该等值面上物理量分布。

• y=0面上温度分布

• 燃料质量分数

• CO质量分数

• O2质量分数

• CO2质量分数