本案例演示利用Fluent中的Eddy Dissipation模型计算煤粉燃烧过程。

主要内容包括：

• 建立煤燃烧仿真模型
• 使用Eddy Dissipation模型
• 使用合适参数求解计算模型
• 计算后处理

1 问题描述

计算模型如下图所示，燃烧炉包含两个环形入口及一个圆形出口，考虑模型的对称性，选择几何模型的四分之一作为计算模型。入口内环内径及外径分别为0.055 m和0.067 m，外环入口的内、外半径分别为0.07 m和0.117 m，出口半径为0.425米。

煤及载体空气通过内环区域进入燃烧室，高温旋转的二次空气通过外环区域进入，燃烧生成物通过压力出口流出计算区域。

燃烧炉整体模型如图所示。

燃烧炉入口如下图所示。

2 Fluent设置

• 以3D、Double Precision方式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh…读取网格文件coal-ebu.msh.gz

2.1 General设置

采用默认设置。

2.2 Models设置

• 激活能量方程

• 激活Standard k-epsilon(2 eqn)湍流模型

• 激活组分输运模型：鼠标双击模型树节点Models > Species，弹出设置对话框，如下图所示设置组分输运模型。
• 激活选项Species Transport
• 激活选项Volumetric
• 选择Mixture Material列表项coal-hv-volatiles-air
• 选择模型Eddy-Dissipation
• 点击OK按钮关闭对话框

• 激活DO辐射模型：鼠标双击模型树节点Models > Radiation弹出设置对话框，如下图所示激活DO辐射模型
• 激活选项Discrete Ordinates(DO)
• 设置参数Energy Iterations per Radiation Iteration为1
• 指定Theta Divisions及Phi Divisions为4，指定Theta Pixels及Phi Pixels为3
• 点击OK按钮关闭对话框

• 激活离散相模型：鼠标双击模型树节点Models > Discrete Phase打开设置对话框，如下图所示设置参数
• 激活选项Interation with Continuous Phase
• 激活选项Specify Length Scale，指定参数Length Scale为0.0025 m
• 点击OK按钮关闭对话框

2.3 创建颗粒入射

• 鼠标双击模型树节点Discrete Phase > Injections弹出Injections设置对话框，点击Create按钮打开入射定义对话框

• 如下图所示定义参数
• 设置Injection Type为Surface，指定Release From Surfaces为v-1
• 设置Particle Type为Combusting
• 指定Material为coal-hv，设置Devolatilizing Species为hv_vol
• 设置Z-Velocity为23.11 m/s，Diameter为1e-6 m，Temperature为343 K，Toal Flow Rate为0.00018264 kg/s

• 切换至Turbulent Dispersion标签页，激活选项Discrete Random Walk Model，设置参数Number of Tries为10，点击OK按钮关闭对话框

• 在Injections对话框中，选中injection-0，点击按钮Copy弹出设置对话框

• 按下图所示参数创建剩下的8个入射器

创建完毕后的injections对话框如下图所示。

2.4 Materials设置

1、添加材料co

• 从材料库中添加材料carbon-monoxide (co)

2、将co添加到混合物coal-hv-volatiles-air中

• 鼠标双击模型树节点Materials > Mixture > coal-hv-volatiles-air弹出材料设置对话框
• 点击Mixture Species右侧的Edit…按钮弹出组分定义对话框
• 如下图所示添加组分co，并确保n2组分在列表项的最下方

t添加完毕的组分列表如下图所示。

3、定义化学反应

• 鼠标双击模型树节点Materials > Mixture > coal-hv-volatiles-air弹出材料设置对话框
• 点击Reaction右侧的Edit…按钮弹出组分定义对话框
• 定义2个化学反应，按下表所示参数指定第1个反应

反应定义完毕的对话框如下图所示。

• 按下表所示参数指定第2个化学反应

定义完毕后对话框如下图所示。点击OK按钮关闭对话框

• 修改混合物的其他参数，如下图所示

• 完成修改后的材料参数对话框如下图所示

4、修改煤粉材料参数

• 鼠标双击模型树节点Materials > Comusting Particle > coal-hv弹出材料设置对话框，按下图参数进行设置

定义完毕后的材料设置对话框如下图所示。

5、修改其他材料参数

• 设置材料o2, co2, h2o, co及n2的cp参数为piecewise-polynomial
• 设置材料coal-hv-volatiles的Molecular Weight为50，指定Standard State Enthalpy为-1.8474e7

2.5 编译UDF

本案例利用UDF指定进出口参数，该UDF可以利用解释的方式运行。

• 右键选择模型树节点User Defined Functions，点击弹出菜单项Interpreted…打开UDF解释对话框

• 添加文件coal-ebu.c，点击按钮Interpret解释源文件

2.6 设置边界条件

1、V-1边界设置

设置完毕后如下图所示。

2、v-2边界设置

定义完毕后如下图所示。

3、p-1边界设置

4、其他壁面边界设置

3 冷态场计算

由于案例中包含了众多复杂的物理模型，直接进行计算的话有可能收敛性较差，这里可以先进行冷态场计算，并以此计算结果作为初始值。

• 关闭组分输运模型

• 关闭DO辐射模型

• 关闭离散相模型

• 初始化

• 迭代100次

4 燃烧计算

4.1 激活模型

• 激活组分输运模型
• 激活离散相模型
• 激活DO模型

注意检查模型激活后的参数。为控制收敛性，可适当调整亚松弛因子。考虑到模型计算的复杂性，可一步步激活物理模型，不建议一次将三个模型全部激活。

4.2 Patch高温区域

• 右键选择模型树节点Cell Registers，点击弹出菜单项New → Region…打开设置对话框

• 如下图所示标记一个圆柱形区域

• 进入初始化面板，点击Patch按钮，在打开的对话框中指定标记区域的温度为2000 K，如下图所示

• 修改材料coal-hv的Vaporization Temperature为773 K
• 迭代计算1000步

5 计算结果

• 周期面上温度分布

• 氧气浓度分布

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文件链接：

https://pan.baidu.com/s/1BzRsotrjuN-qFHejcM4CZQ 
提取码：y7ru

觉得操作步骤不清的，可点击阅读原文链接观看视频。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道