Fluent案例｜煤粉燃烧

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了利用Fluent中的Eddy Dissipation模型计算煤粉燃烧过程的案例。主要内容包括建立煤燃烧仿真模型、使用Eddy Dissipation模型、使用合适参数求解计算模型、计算后处理。计算模型包括燃烧炉、煤及载体空气、高温旋转的二次空气、燃烧生成物等。燃烧炉整体模型包括内环区域、外环区域和压力出口。计算过程中需要激活能量方程、Standard k-epsilon(2 eqn)湍流模型、组分输运模型、DO辐射模型和离散相模型。在冷态场计算中，需要关闭组分输运模型、DO辐射模型和离散相模型。在燃烧计算中，需要激活组分输运模型、DO辐射模型和离散相模型，并逐步激活物理模型。最后，通过周期面上温度分布和氧气浓度分布来展示计算结果。

本案例演示利用Fluent中的Eddy Dissipation模型计算煤粉燃烧过程。

1 问题描述

2 Fluent设置

• 以3D、Double Precision方式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh…读取网格文件coal-ebu.msh.gz

2.1 General设置

2.2 Models设置

• 激活能量方程

• 激活Standard k-epsilon(2 eqn)湍流模型

• 激活组分输运模型：鼠标双击模型树节点Models > Species，弹出设置对话框，如下图所示设置组分输运模型。
• 激活选项Species Transport
• 激活选项Volumetric
• 选择Mixture Material列表项coal-hv-volatiles-air
• 选择模型Eddy-Dissipation
• 点击OK按钮关闭对话框

• 激活DO辐射模型：鼠标双击模型树节点Models > Radiation弹出设置对话框，如下图所示激活DO辐射模型
• 激活选项Discrete Ordinates(DO)
• 设置参数Energy Iterations per Radiation Iteration为1
• 指定Theta Divisions及Phi Divisions为4，指定Theta Pixels及Phi Pixels为3
• 点击OK按钮关闭对话框

• 激活离散相模型：鼠标双击模型树节点Models > Discrete Phase打开设置对话框，如下图所示设置参数
• 激活选项Interation with Continuous Phase
• 激活选项Specify Length Scale，指定参数Length Scale为0.0025 m
• 点击OK按钮关闭对话框

2.3 创建颗粒入射

• 鼠标双击模型树节点Discrete Phase > Injections弹出Injections设置对话框，点击Create按钮打开入射定义对话框

• 如下图所示定义参数
• 设置Injection Type为Surface，指定Release From Surfaces为v-1
• 设置Particle Type为Combusting
• 指定Material为coal-hv，设置Devolatilizing Species为hv_vol
• 设置Z-Velocity为23.11 m/s，Diameter为1e-6 m，Temperature为343 K，Toal Flow Rate为0.00018264 kg/s

• 切换至Turbulent Dispersion标签页，激活选项Discrete Random Walk Model，设置参数Number of Tries为10，点击OK按钮关闭对话框

• 在Injections对话框中，选中injection-0，点击按钮Copy弹出设置对话框

• 按下图所示参数创建剩下的8个入射器

2.4 Materials设置

• 从材料库中添加材料carbon-monoxide (co)

• 鼠标双击模型树节点Materials > Mixture > coal-hv-volatiles-air弹出材料设置对话框
• 点击Mixture Species右侧的Edit…按钮弹出组分定义对话框
• 如下图所示添加组分co，并确保n2组分在列表项的最下方

• 鼠标双击模型树节点Materials > Mixture > coal-hv-volatiles-air弹出材料设置对话框
• 点击Reaction右侧的Edit…按钮弹出组分定义对话框
• 定义2个化学反应，按下表所示参数指定第1个反应

• 按下表所示参数指定第2个化学反应

• 修改混合物的其他参数，如下图所示

• 完成修改后的材料参数对话框如下图所示

• 鼠标双击模型树节点Materials > Comusting Particle > coal-hv弹出材料设置对话框，按下图参数进行设置

• 设置材料o2, co2, h2o, co及n2的cp参数为piecewise-polynomial
• 设置材料coal-hv-volatiles的Molecular Weight为50，指定Standard State Enthalpy为-1.8474e7

2.5 编译UDF

• 右键选择模型树节点User Defined Functions，点击弹出菜单项Interpreted…打开UDF解释对话框

• 添加文件coal-ebu.c，点击按钮Interpret解释源文件

2.6 设置边界条件

3 冷态场计算

• 关闭组分输运模型

• 关闭DO辐射模型

• 关闭离散相模型

• 初始化

• 迭代100次

4 燃烧计算

4.1 激活模型

• 激活组分输运模型
• 激活离散相模型
• 激活DO模型

注意检查模型激活后的参数。为控制收敛性，可适当调整亚松弛因子。考虑到模型计算的复杂性，可一步步激活物理模型，不建议一次将三个模型全部激活。

4.2 Patch高温区域

• 右键选择模型树节点Cell Registers，点击弹出菜单项New → Region…打开设置对话框

• 如下图所示标记一个圆柱形区域

• 进入初始化面板，点击Patch按钮，在打开的对话框中指定标记区域的温度为2000 K，如下图所示

• 修改材料coal-hv的Vaporization Temperature为773 K
• 迭代计算1000步

5 计算结果

• 周期面上温度分布

• 氧气浓度分布