STAR-CCM 燃烧计算原理、方法与案例应用8讲

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本课适合哪些人学习:

1、学习仿真工程师;

2、STAR-CCM 软件的学习者和使用者;

3、学习燃烧仿真的工程师;

4、燃烧相关行业的从业者。


你会得到什么:

1、学习STAR-CCM 软件界面、计算流程;

2、学习燃烧的计算原理、分析流程;

3、掌握燃烧的仿真方法;

4、掌握燃烧仿真的各种应用场景。


课程介绍:

STAR-CCM  提供了一系列可用于模拟各种燃烧反应流体应用的模型。

在STAR-CCM  中,主要分为两大类燃烧模型模型:小火焰模型和反应组分输运模型。

燃烧模型.jpg

    小火焰模型通过结合使用简单的 0D 或 1D 几何与详细化学机制预先计算气相层流火焰中的化学反应,避免复杂化学计算的计算开销。使用一组精简的变量参数化和表格化这些简单火焰中的组分,然后将这些组分插值到 3D 湍流火焰模拟。

在下图中,深色域显示薄反应前锋,其中反应发生速度快于湍流混合。中间体组分不会存在很长时间,因而无法由湍流混合输运到反应前锋之外。

f.png


反应组分传输模型,对化学反应中涉及的所有组分的质量分数传输方程进行求解。这些组分质量分数传递到单独化学求解器从而返回生成物的数量。

在下图中,深色显示发生反应的厚反应前锋。由于某些反应的速度比湍流混合慢,因此湍流混合会导致某些反应较慢的中间组分逃逸此厚反应前锋,并继续再往下游混合。

rst.png

小火焰模型和反应组分输运模型,只要适用,便可使用小火焰模型,否则使用反应组分传输模型。要确定建模方法,考虑组分反应率和组分混合率(化学时间尺度和湍流时间尺度)之间的关系。

两种最为常见燃烧模型

l小火焰生成流形 (FGM) 模型

通过混合分数和反应过程变量参数化小火焰组分。FGM 模型假设湍流火焰中的化学状态类似于层流火焰中的化学状态。通过求解反向流体扩散火焰并通过混合分数和标量耗散参数化组分,这对应于反向流体火焰的应变(压缩),将这些反向流体火焰嵌入 CFD 湍流火焰中。

在FGM模型中,详细的化学反应对燃烧的影响被储存在Flamelet表中,所需的数值在CFD模拟中被检索。


l涡破碎模型EBU

涡破碎模型假设,反应受限于湍流混合反应物和加热到火焰区域的速率。EBU 模型通过大尺度湍流混合速率来限制动能反应速率。由于动能速率替换为单一湍流混合速率,因此仅使用具有一个或两个步骤的小型机制。EBU 模型是一个火焰位置模型,不适用于对点燃和污染物等动能为主的现象建模。

燃烧典型应用场景。

复杂化学反应模型-甲烷燃烧

MethaneAirJetFlame1.gif

稳态层流小火焰-喷雾燃烧

3D_Flame1.gif

小火焰生成流形(FGM) 大涡模拟 自适应网格化

Temperature_image_2.gif

表面化学反应-催化反应

Scalar_Scene_1_image1.gif

反应通道模型-甲烷生成氢气

Temperature_image1.gif

涡破碎模型(EBU)-煤燃烧

Temperature_image1_1.gif


烟火计算-与试验对比

Scalar_Scene_1_image1.gif

roomFireValidation_Door Velocity.png

roomFireValidation_Door Temperature.png



课程相关图片:

  • 第1讲 star ccm燃烧计算介绍
  • 第2讲 复杂化学反应-甲烷燃烧
  • 第3讲 稳态层流小火焰-喷雾燃烧 拉格朗日多相、氮氧化物排放、辐射
  • 第4讲 小火焰生成流形模型FGM 大涡模拟 自适应网格
  • 第5讲 表面化学反应-甲烷催化
  • 第6讲 反应通道模型-甲烷生成氢气
  • 第7讲 涡破碎模型(EBU)-煤燃烧
  • 第8讲 自动烟火向导-与试验结果进行对比
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