内容纲要
本案例演示利用CFX中的有限速率/涡耗散模型求解非预混燃烧问题。
公众号很久没更新了。最近实在是太累了,稍微停顿下来就不想动弹。挖坟翻点儿旧货。不过讲真,CFX还是蛮好用的。
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1 案例描述
本案例计算化学组分的混合及气体燃料的燃烧过程。
计算模型如下图所示。一个300 kW的旋流燃烧器,具有24个径向燃料入口及一个环形空气入口,考虑燃烧器内的燃烧过程。
本案例主要演示以下内容:
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导入2D Fluent网格,求解轴对称问题 -
使用UDF指定边界上的速度及温度分布 -
创建化学反应材料介质以及反应方程 -
使用涡耗散模型及有限速率燃烧模型 -
使用P1辐射模型
2 CFX设置
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启动CFX 2021R1,指定工作路径并进入CFX-Pre
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如下图所示,新建一个General Case
2.1 导入网格
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选择菜单File → Import → Mesh…导入计算网格
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如下图所示选择网格文件berl.msh,修改网格参数
注:默认情况下CFX会将2D网格转换为一个5°角度的3D楔形区域。本案例采用周期面,不改这些参数其实也是可以的。
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2.2 创建化学反应
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右键选择模型树节点Materials,选择弹出菜单项Insert → Material
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修改名称为methane air mixture,如下图所示
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材料设置面板中的Basic Settings标签页下进行如下图所示设置
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进入Mixture Properties标签页,如下图所示进行设置
2.3 创建自定义函数
这里导入外部文件中保存的数据,采用线性插值,类似于Fluent中的Profile。
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鼠标右键选择模型树节点User Functions,如下图所示选择菜单项Insert → User Function
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修改名称为axial vel
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如下图所示 -
列表空白位置点击鼠标右键,选择Import Data…,打开的文件对话框中选择文件u_vel.csv -
指定Argument Units为**[m],指定Result Unit为[m]** -
激活选项Extend Min及Extend Max
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数据导入完毕后如下图所示,点击OK按钮关闭对话框
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相同方式创建axial vel,导入文件w_vel.csv
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相同方式创建Temperature,导入文件T_prof.csv ,修改 Result Units
为**[K]**
2.4 设置计算区域
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鼠标双击模型树节点Default Domain,打开区域设置对话框 -
进入Basic Settings标签页,设置Material为前面创建的材料methane air mixture
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进入Fluid Models标签页 -
设置Heat Transfer Option为Thermal Energy -
设置Combustion Option为Finite Rate Chemistry and Eddy Dissipation -
设置Thermal Radiation Option为P 1 -
设置Spectral Model Option为Gray -
设置Scattering Model Option为Isotropic -
指定N2为Constraint
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进入Initialization标签页 -
指定Static Pressure的初始值为0 Pa -
设置Temperature为1300 K -
指定CO2的质量分数为0.01,O2的质量分数为0.233
注:假设区域中初始时刻主要由空气组成,空气中的氧气质量分数为0.233。燃烧模型需要少量的反应产物(CO2、H2O和NO)来启动燃烧。也可以用高温(1300K)进行初始化以防止火焰熄灭。
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2.5 边界条件
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右键选择模型树节点Default Domain,选择弹出菜单项Insert Boundary,创建边界条件air inlet
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选择边界位置为air inlet 4
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如下图所示指定air inlet的边界条件 -
Mass and Momentum Option
:Cyl. Velocity Components -
Axial component
:axial vel(y) -
Radial component
:0 -
Theta Component
:swirl vel(y) -
Rotation Axis
:Global X -
Turbulence option
:Intensity and Length Scale -
Fractional Intensity
:0.17 -
Eddy Length Scale
:0.029 [m] -
Heat Transfer Option
:Static Temperature 312 [K] -
Component Details
:O2 > Mass Fraction : 0.233
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相同方式创建边界fuel inlet,指定其边界位置为fuel inlet 5,其他参数如下图所示,指定该边界上CH4的质量分数为1
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创建outlet边界,指定该边界位置为poutlet 3,如下图所示指定边界条件
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创建壁面边界wall6,指定边界位置为wall 6 -
指定Fixed Temperature为1370 K -
指定Emissivity为0.5,指定Diffuse Fraction为1
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其他壁面边界如下表所示
2.6 创建分界面
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右键选择模型树节点Interfaces,选择弹出菜单项Insert → Domain Interface
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如下图所示创建周期边界,注意进入Mesh Connection标签页设置Mesh Connection Option为1:1
2.7 创建监测
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如下图所示监测出口位置的CO2质量分数
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监测出口位置的平均温度
2.8 求解控制
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设置 Solver Control
参数,如下图所示
2.9 进行计算
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进行计算
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指定计算参数
注:若此处采用并行计算,有时需要修改Partitioner标签页下的MeTiS Type参数。
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监测的CO2质量分数变化如下图所示
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监测得到的温度变化如下图所示
3 计算结果
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周期面上温度场分布,如下图所示
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统计出口面上CO2质量分数,如下图所示
相关文件下载:
链接:https://pan.baidu.com/s/1bXVyxsMdccn1Kfjxy62rEg 提取码:7r3i
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本篇文章来源于微信公众号: CFD之道
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