利用Fluent中化学模型模拟液体燃料的蒸发及燃烧过程

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了使用Fluent软件模拟液体燃料蒸发和燃烧的过程。首先，需要准备液体燃料燃烧的概率密度函数文件，定义PDF化学反应模拟所需的各种参数，并利用DPM模型定义液滴的蒸发过程。然后，启动Fluent进行计算，设置能量方程、湍流模型、组分输运模型、离散相、材料属性和边界条件。最后，进行初始化计算和迭代参数设置，得到温度分布、平均混合分数和颗粒轨迹等计算结果。

本案例利用Fluent中的混合分数/PDF平衡化学模型模拟液体燃料的蒸发及燃烧过程。

案例涉及的内容包括：

1、准备液体燃料燃烧的概率密度函数文件

2、定义PDF化学反应模拟所需的各种参数

3、利用DPM模型定义液滴的蒸发过程

一、问题描述

计算模型如下图所示。戊烷（C5H12）燃料以液体喷雾的形式进入到计算区域中，空气流速1 m/s，温度650 K。通道壁面为恒温1200 K。计算模型长度1 m，高度1 m。根据入口条件估算雷诺数为100000，流动状态为湍流流动。戊烷蒸发后以气相形式燃烧，假设戊烷液滴直径为100 微米，注入温度为300 K，且以通道中轴线为对称轴呈30°半锥角喷入计算区域。液体燃料注入的质量流量为0.004 kg/s。

二、启动Fluent进行计算

以2D、Double Precision方式启动Fluent

利用菜单File → Read → Mesh读入网格文件lfuel.msh

三、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

右键选择模型树节点Models > Viscous，点击弹出菜单项Model → Realizable k-epsilon激活湍流模型

四、设置组分输运模型

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Non-Premixed Combustion，按图中顺序设置Chemistry标签页

切换至Boundary标签页，按图中顺序设置组分

切换至Table标签页，如下图所示设置参数，点击按钮Calculate PDF Table创建PDF文件

利用菜单File → Write → PDF…保存pdf文件为ifuel.pdf

5 定义离散相

双击模型树节点Models > Discrete Phase Model，弹出如下图所示对话框，按图中参数进行设置，点击按钮Injections…进入入射器设置对话框

点击Create按钮创建入射器

如下图所示，设置入射器参数

如下图所示，设置液滴在湍流作用下的运动行为

六、Materials设置

鼠标双击模型树节点Materials > Droplet Particle > n-pentane-liquid，弹出设置对话框，如下图所示设置材料属性

设置参数如下表所示。

七、Boundary Conditions设置

1、velocity-inlet-7边界设置

鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > velocity-inlet-7，弹出设置对话框，如下图所示，设置Velocity Specification为Magnitude and Direction，设置Velocity Magnitude为1 m/s，设置X-Component of Flow Direction为1

指定湍流强度为10%，水力直径为2 m

切换至Thermal标签页，设置Temperature为650 K

2、pressure-outlet-5设置

鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > pressure-outlet-5，弹出如下图所示对话框，按图中参数进行设置

切换至Thermal标签页，设置Backflow Total Temperature为1800 k

进入Species标签页，设置Mean Mixture Fraction为0

3、wall-6设置

双击模型树节点Boundary Conditions > wall-6，如下图所示，设置该壁面温度为1200 K

八、初始化计算

• 鼠标右键点击模型树节点Initialization，选择弹出菜单项Initialize进行初始化

九、迭代参数设置

鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Number of Iterations为2000，点击按钮Calculate进行计算

十、计算结果

温度分布

平均混合分数

颗粒轨迹