本算例演示利用Fluent中的多组分液滴燃烧模型模拟酒水喷射燃烧过程。

1 问题描述

以前一直以为川剧喷火所用的燃料是82年的茅台。直到前阵子从一个懂行的朋友处了解到原来人家喷的并不是酒。不过没有关系，高纯粹的白酒喷出去也是可以点燃的，只不过容易烧到自己罢了。

注：真正的川剧喷火使用的并非酒精，而是固体松香粉末。用酒精表演喷火危险程度极高，一不留神就会导致胡子眉毛消失，各位道友千万不要胡乱尝试。另外本案例为了简单起见用了轴对称模型，由于重力方向与轴向垂直，所以无法演示图中的横向喷火过程。如果想要仿真喷火过程，则需要建立三维模型或二维平面模型进行计算。

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本算例计算模型及尺寸如下图所示。

计算域边界如下图所示。

2 Fluent设置

• 以2D、Double Precision方式启动Fluent，并导入网格文件

2.1 General设置

• 选择选项Axisymmetric采用轴对称模型
• 设置重力加速度为X轴方向-9.81 m/s2

注：由于选择了轴对称模型，因此只能模拟重力方向沿轴向方向时的喷射燃烧。如果不考虑重力的话，本算例的计算域要延长，否则无法捕捉完整的火焰。

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2.2 Models设置

• 启用Energy能量方程

• 选择使用SST k-omega湍流模型

2.3 设置组分输运模型

• 如下图所示设置组分输运模型
• 选择选项Species Transport 激活组分输运模型
• 激活选项Volumetric激活体积反应
• 选择Mixture Material下的系统内置混合物ethyl-alcohol-air，此时软件自动定义了乙醇与空气的单步化学反应
• 选择Eddy-Dissipation燃烧模型
• 其他参数保持默认设置

2.4 设置离散相模型

• 设置离散相模型，激活选项Interaction with Continuous Phase，采用默认的颗粒跟踪参数

• 如下图所示创建入射器
• 指定Injection Type为Surface
• 指定Release From Surface为inlet
• 指定Particle Type为Droplet
• 指定Material为ethyl-alcohol-liquid，指定Evaporating Species为c2h5oh
• 激活选项Inject Using Face Normal Direction
• 指定Diameter为0.0001 m
• 指定Velocity Magnitude 为20 m/s
• 指定Total Flow Rate为0.05 kg/s

注：这里选择颗粒类型为Droplet仅仅只是为了创建一个Droplet Particle，后面要切换为Multicomponent。

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• 切换到Turbulent Dispersion标签页
• 激活选项Discrete Random Walk Model 及Random Eddy Lifetime
• 指定Number of Tries为10
• 点击OK 按钮关闭对话框

• 重新打开入射器编辑对话框，如下图所示
• 指定Particle Type为Multiplecomponent
• 指定Material为particle-mixture-template

• 鼠标右键选择模型树节点Particle  Mixture → particle-mixture-template，点击弹出菜单项Edit… 打开材料属性编辑对话框

• 点击Mixture Species右侧的Edit… 按钮打开设置对话框

• 如下图所示将组分c2h5oh添加到组分列表中

• 回到入射器编辑对话框，如下图所示
• 进入Components标签页
• 指定组分h2o的质量分数为0.4，指定Evaporating Species为h2o
• 指定组分c2h5oh的质量分数为0.6，指定Evaporating Species为c2h5oh
• 点击OK按钮关闭对话框

注：这里指定了喷入的液滴组分为乙醇和水，并指定了其含量组成。

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2.5 边界条件设置

• 指定入口边界inlet的入口速度为0

注：这里也可以将inlet边界修改为壁面，燃料是通过DPM颗粒喷射进入到计算区域的。

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• 指定边界atm的边界类型为pressure inlet，指定o2组分的质量分数为0.23，表示该边界进入的是空气

• 指定边界outlet的回流组分为空气，如下图所示

2.6 Methods设置

• 如下图所示指定求解方法

2.7 Controls设置

• 如下图所示指定亚松弛因子

2.8 初始化计算

• 采用Hybrid Initialization进行初始化

2.9 求解计算

• 设置迭代计算1000步进行计算

3 计算结果

• 温度分布

• 乙醇蒸气质量分数分布

• 水蒸气质量分数分布

• 二氧化碳质量分数分布

• 颗粒轨迹