吾生有涯 学海无涯
析模有界 知识无界

CFX燃烧算例|01 有限速率/涡耗散燃烧

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。

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:

  • 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

  • 启动CFX 2021R1,指定工作路径并进入CFX-Pre
  • 如下图所示,新建一个General Case

2.1 导入网格

  • 选择菜单File → Import → Mesh…导入计算网格
  • 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。

2.2 创建化学反应

  • 右键选择模型树节点Materials,选择弹出菜单项Insert → Material
  • 修改名称为methane air mixture,如下图所示
  • 材料设置面板中的Basic Settings标签页下进行如下图所示设置
  • 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。

  • 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
  • 修改名称为axial vel
  • 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 MinExtend Max
  • 数据导入完毕后如下图所示,点击OK按钮关闭对话框
  • 相同方式创建axial vel,导入文件w_vel.csv
  • 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

  • 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
  • 进入Fluid Models标签页
    • 设置Heat Transfer OptionThermal Energy
    • 设置Combustion OptionFinite Rate Chemistry and Eddy Dissipation
    • 设置Thermal Radiation OptionP 1
    • 设置Spectral Model OptionGray
    • 设置Scattering Model OptionIsotropic
    • 指定N2Constraint
  • 进入Initialization标签页
    • 指定Static Pressure的初始值为0 Pa
    • 设置Temperature1300 K
    • 指定CO2的质量分数为0.01O2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。

2.5 边界条件

  • 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
  • 选择边界位置为air inlet 4
  • 如下图所示指定air inlet的边界条件
    • Mass and Momentum OptionCyl. Velocity  Components
    • Axial componentaxial vel(y)
    • Radial component0
    • Theta Componentswirl vel(y)
    • Rotation AxisGlobal X
    • Turbulence optionIntensity and Length  Scale
    • Fractional Intensity0.17
    • Eddy Length Scale0.029 [m]
    • Heat Transfer Option Static Temperature 312  [K]
    • Component DetailsO2 > Mass Fraction : 0.233
  • 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
  • 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
  • 创建壁面边界wall6,指定边界位置为wall 6
    • 指定Fixed Temperature1370 K
    • 指定Emissivity0.5,指定Diffuse Fraction1
  • 其他壁面边界如下表所示

2.6 创建分界面

  • 右键选择模型树节点Interfaces,选择弹出菜单项Insert → Domain Interface
  • 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

  • 如下图所示监测出口位置的CO2质量分数
  • 监测出口位置的平均温度

2.8 求解控制

  • 设置Solver Control参数,如下图所示

2.9 进行计算

  • 进行计算
  • 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。

  • 监测的CO2质量分数变化如下图所示
  • 监测得到的温度变化如下图所示

3 计算结果

  • 周期面上温度场分布,如下图所示
  • 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

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

赞(1) 打赏
版权声明:未经允许,请勿随意用于商业用途。
文章名称:《CFX燃烧算例|01 有限速率/涡耗散燃烧》
文章链接:https://www.topcfd.cn/17432/
本站资源仅供个人学习交流,请于下载后24小时内删除,不允许用于商业用途,否则法律问题自行承担。
分享到

说两句 抢沙发

评论前必须登录!

 

觉得文章有用就打赏一下文章作者吧

非常感谢你的打赏,我们将继续给力更多优质内容,让我们一起创建更加美好的网络世界!

支付宝扫一扫

微信扫一扫

登录

找回密码

注册