本案例利用Fuent中的Composition PDF输运模型模拟Sandia D火焰模型。

Composition PDF输运模型一般用于有限速率化学反应问题，能够考虑化学反应细节，是Fluent中提供的最为精细的用于化学反应的仿真模型，该模型计算量较大，而且收敛性较差，在实际操作过程中，常以快速反应模型计算结果作为初始值以提高计算稳定性。

本案例以部分预混燃烧模型作为Composition PDF输运模型的初始值。本案例描述的内容包括：

• 利用Composition PDF输运模型求解计算射流扩散火焰

• 利用Partially Premixed燃烧模型进行初值计算，利用Composition PDF输运模型获取最终结果

本例所采用的模型基于Sandia Flame D燃烧实验，该燃烧模型较为简单，为典型的射流扩散火焰。关于Flame D实验描述及测量数据可从网络上获取（http://www.ca.sandia.gov/TNF/DataArch/FlameD.html）。

计算模型是轴对称几何模型，火焰形式为射流扩散火焰。燃烧器包含有一个直径7.2mm的主喷嘴，其外部有一个外径18.2 mm的用于控制延迟熄火的燃烧先导环。主喷嘴中燃料组成为25％CH4和75％空气（按体积分数，主要是为了减少烟灰），混合分数的化学计量值为0.351，火焰长度（定义为混合分数在轴上为化学计量的点）约为47倍喷嘴直径。

• 准备网格文件flameD.msh

• 准备化学反应机理文件CH4-skel.che及热力学数据文件therm.dat

• 以2D、Double Precision方式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh...读入网格文件flameD.msh.gz

• 双击模型树节点General，右侧面板中选择选择Axisymmetric，其它选项保持默认设置

启动Energy及Realizable k-epsilon湍流模型。

• 右键选择模型树节点Models > Energy，选择弹出菜单项On激活能量方程

• 右键选择节点Models > Viscous，选择弹出菜单项Model → Realizable k-epsilon激活湍流模型

• 双击模型树节点Models > Species弹出组分模型设置对话框

• Chemistry标签页中选择模型为Partially Premixed Combustion，选择选项Chemical Equilibrium，选择Adiabatic，设置Fuel Stream Rich Flammability Limit为0.7

• Boundary标签页进行如下图所示设置，设置Fuel及Oxid的摩尔组分分布，设置其温度分别为294 K及291 K

• Table标签页下采用默认设置，如下图所示

• 点击按钮Calculate PDF Table生成PDF表，点击按钮Display PDF Table...可查看PDF表

• 选择菜单File → Write → PDF...将PDF表保存到文件中

生成PDF如图所示。

• 切换至Properties标签页，保持默认参数设置

提醒：该标签页中设置预混燃烧参数，在部分燃烧模型设置中，预混燃烧参数是软件通过PDF表自动获取，无需手工指定。

• 切换至Premix标签页，保持默认设置

• 点击OK按钮关闭对话框

保持默认设置即可。

1、边界coflow设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > coflow弹出速度入口设置对话框

• 设置Velocity Magnitude为0.9 m/s

• Species标签页保持默认设置

• 点击OK按钮关闭对话框

2、jet边界设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > jet弹出速度入口设置对话框

• 设置Velocity Magnitude为49.6 m/s

• 设置Specification Method为Intensity and Hydraulic Diameter ，设置Hydraulic Diameter 为0.0072 m

• 切换至Species标签页，设置Mean Mixture Fraction为1

• 点击OK按钮关闭对话框

3、pilot边界设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > pilot弹出速度入口设置对话框

• 设置Velocity Magnitude为11.4 m/s

• 设置Specification Method为Intensity and Hydraulic Diameter ，设置Hydraulic Diameter 为0.0165 m

• 切换到Species标签页，设置Progress Variable为1，设置Mean Mixture Fraction为0.2755

• 点击OK按钮关闭对话框

4、outlet边界

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet弹出压力出口设置对话框

• 按下图所示参数设置，Species标签页保持默认设置，点击OK按钮关闭对话框

• 鼠标双击模型树节点Solution > Methods

• 右侧面板中设置Scheme为Coupled，设置Pressure为PRESTO!

• 激活选项Pseudo Transient，其他参数保持默认设置

• 鼠标双击模型树节点Solution > Initialization，右侧面板中选择Standard Initialization

• 选择Compute from下拉框为coflow

• 点击按钮Initialize进行初始化

• 鼠标双击模型树节点Solution > Run Calculation，右侧面板中设置Number of Iterations为500

• 点击按钮Calculate开始计算

计算完毕后保持case及data文件。

（未完，请看下一篇）

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道