煤粉燃烧模拟——湍流破碎模型.doc

煤粉燃烧——湍流破碎模型（EBU）简介该帮助文件主要介绍煤粉燃烧模型的设置和求解，采用湍流破碎模型（EBU） EBU 燃烧模型，也称涡团破碎模型，假设化学反应的平均速度与化学动力学无关，而只取决于低温的反应物和高温的燃烧产物之间的湍流混合作用主要包括：1） 煤粉燃烧模型的建立和求解2） 湍流破碎模型（EBU）的应用3） 选择合适的求解参数4） 计算结果的后处理问题描述3D 模型的剖面图如图 1 所示左侧为两个环形入口，右侧为一个圆形出口由于模型的对称性，取系统的 1/4 进行建模煤粉和携带空气（一次风）从内环进入燃烧室，二次风从外环进入燃烧室，发生燃烧反应，产物从压力出口流出模型建立和求解Step1：网格1、 读取 mesh 文件2、 检查网格：grid check3、 显示网格：display grida） 从列表框中选取所有 surfacesb） 点击 display，并关闭 grid display 面板Step2：模型1、 选择 k-ε 湍流模型Define models viscous2、 启动能量方程Define models energy3、 启动物质输运方程Define models species transport & reactiona） 选择 model 列表中的 species transportb） 选择 reaction 列表中的 volumetricc） 选择 mixture material 列表中的 coal-hv-volatiles-aird） 选择 turbulence-chemistry interaction（湍流与化学反应的作用）列表中的 eddy dissipation（涡流耗散）e） 点击 ok，关闭 species model 面板4、 启动 Discrete ordinates 模型（DO 离散坐标系）a） 从 model 列表中选择 discrete ordinatesb） 设置 flow iterations per radiation iteration（流动和辐射迭代次数）为1c） 设置 angular discretization （角离散化）中的 Theta Divisions and Phi Divisions 为 4d） 设置 angular discretization （角离散化）中的 Theta Pixels and Phi Pixels 为 3e） 点击 ok，关闭 radiation model5、 启动 discrete phase（离散相）模型a） Max number of steps（最大步数） 40000b） 启动 specify length scale（步长） ，设为 0.0025c） 点击 ok，关闭 discrete phase 面板Step3：injections（喷口）1、v-1 入口截面设 9 个喷口：define injectionsa）点击 creat，新建喷口c） 9 个喷口通用性质，见表c）点击 turbulent dispersion，并启动 discrete random walk modeld） 设置喷口的流速和颗粒半径e） 其它参数保留默认值f） 关闭 injections 面板Step4：materials （物质特性）1、 修改 coal-hv-volatiles-air 混合物的特性：define materialsa） 从数据库中添加 COb） 点击 mixture species 的 edit，打开 species 面板，将 CO 添加至右侧mixture species 列表中，并保证 N2 位于列表的最后c） 点击 reaction 的 edit，打开 reactions 面板，编辑 eddy-dissipation 的反应式，如下：其余参数保留默认值，关闭 reactions 面板2、 设置燃烧颗粒 coal-hv 的特性3、 设置 O2、CO2、H2O、CO、N2 的特性在 Cp 列表中选择 piecewise-polynomial，保留默认参数4、 设置 coal-hv-volatiles 特性5、点击 change/create 按钮，关闭 materials 面板Step5：操作条件Define operating conditions保留默认参数。

Step6：设置 UDFudf 导入后用于设置后续的边界条件Define user defined functions interpreted1、 设置源文件的名称，C 函数（coal-ebu.c ）2、 设置 C 预处理中 CPP 的命令名迭代次数取默认值 10000，除非 udf 函数中的局部变量超出该值造成溢出该 case 中，保证迭代次数高于局部变量3、 如果用 fluent 的预处理代替，则选择 use contributed CPP 选项；4、 点击 interpret，关闭 interpretd UDFs 面板如果编译过程出现错误，则调试至无错误为止Step7：边界条件Define boundary condition1、 入口 V-1 的设置如下2、 入口 V-2 的设置如下：3、 出口 P-1 的设置如下：4、 设置壁面边界条件，温度和内部辐射系数如下：5、 设置周期性旋转；6、 关闭面板Step8：无反应流动计算1、 关闭体反应Define models species transport&reaction2、 关闭离散坐标辐射模型Solve controls solutiona） 从 equations 列表框中关闭 discrete oridinates b） 点击 OK，关闭面板3、 关闭与连续相的交互反应（interaction）define models discrete phase4、初始化计算区域Solve initialize initialize5、 打开残差监视图Solve monitors residual6、 迭代计算 100 步Solve iterate7、 改变计算控制参数Solve controls solutiona） 压降选择 PRESTO!b） 压力、动量、湍流的松弛因子分别设为 0.5、0.2 和 0.7c） 点击 OK，关闭面板8、 迭代计算≥100 步。

Step9：加入反应流的计算1、 启动与连续相的交互作用（interection with continuous phase） ，设置交互间隔为 1 步；2、 启动体反应（volumetric reactions） ；3、 反应区域中补充考虑高温和生成物分子量：Adapt regiona） 在 shapes 列表中选择 cylinder；b） 在面板中输入坐标值；c） 点击 mark，关闭面板4、 在反应区域考虑如下参数：Solve initialize patcha） 选择 cylinder-r0，设置参数如下温度=2000KH2O 质量分数=0.01CO2 质量分数=0.01b） 关闭面板5、 设置松弛因子如下：6、 迭代计算 1 步；7、 保存 case 和 data（coal-ebu-react-start ） ；8、 设置每 50 步进行 DPM 交互计算Define models discrete phase9、 设置 discrete phase sources 的松弛因子为 0.1；10、 迭代计算 300 步Step10：进行收敛计算1、 改变计算控制参数Solve controls solutiona） 从 equations 列表框中选择 discrete ordinates（离散坐标系） ；b） Density 松弛因子设为 0.72、 迭代计算≥500 步；3、 保存 case 和 data（名称 coal-ebu-1） ；4、 设置离散化列表中动量、湍动能、湍流耗散率、hv-vol、O2、CO2、H2O、CO 和能量为二阶迎风；5、 迭代计算≥300 步；6、 保存 case 和 data（名称 coal-ebu-2）7、 启动粒子辐射计算；Define models discrete phase8、 改变燃烧颗粒的特性Define materialsa） 蒸发温度设为 773K；b） 颗粒离散因子设为 0.159、 所有物质的松弛因子设为 1，energy 和 turbulence 的松弛因子分别设为0.98 和 0.6。

10、 迭代计算 2000 步；11、 保存 case 和 data（名称 coal-ebu-final）Step11：后处理1、 检查质量平衡以判断收敛性Report fluxesa） 从 option 列表中选择 mass flow rateb） 从 boundaries 列表中选择所有区域，并点击 compute 按钮该数据为净气相的质量流量，负数表明有净气相离开计算区域c） 关闭 flux reports 面板Report volume integralsd） 从 report type 列表中选择 sume） 从 field variable 列表中选择 discrete phase model 和 DPM mass sourcef） 从 cell zones 列表框中选择 fluid，并点击 compute 按钮这是从离散相煤粉颗粒到气相的净质量传递g） 关闭 volume integrals 面板Note：上述两项质量平衡和入口总流量相比需添加一个较小的流量损失2、 检查净热量传递Report fluxesa） 从 options 列表中选择 total heat transfer rate；b） 从 boundaries 列表框中选择所有区域，并点击 compute；上述为净气相的热传递。

c） 关闭 flux reports 面板Report volume integralsd） 从 report type 列表中选择 sum；e） 从 field variable 列表框中选择。