混合分数

混合分数是源自燃料流的元素质量分数。混合分数是守恒标量,它对于燃料流和氧化剂流分别为 1 和 0。

对于小火焰方法,Simcenter STAR-CCM+ 求解混合分数的传输方程并用其获得组分质量分数。

混合分数
混合分数 Z 通过以下公式计算:
1. EQUATION_DISPLAY
Z = m f m f + m o x
(3489)
其中, m f 为源自燃料流的所有元素在任何空间位置的总质量, m o x 为源自氧化剂流的所有元素的总质量。
对于有第三个流 m sec 参与反应的模拟,燃料流的混合分数定义为:
2. EQUATION_DISPLAY
Z0=mfmf+mox+msec
(3490)
次流的混合分数定义如下:
3. EQUATION_DISPLAY
Z1=msecmf+mox+msec
(3491)
如果还包括惯性(非活性)流,则惯性流的混合分数 Z I 定义为:
4. EQUATION_DISPLAY
Z I = m I m f + m o x + m I + m sec
(3492)
因为所有混合分数流的总和必须等于 1.0,所以源自氧化剂流的单元质量分数 Y o x 由以下公式计算:
5. EQUATION_DISPLAY
Y o x = 1 ( Z 0 + Z 1 + Z I )
(3493)
Z 通过对流与扩散进行传输。如果不发生相变,就不会生成该项,因为原子元素在化学反应中守恒。因此对于无累积的稳态流,瞬态项为零。Favre 平均混合分数方程为:
6. EQUATION_DISPLAY
t ( ρ Z m e a n ) + [ ρ V - ( ρ D f + μ t σ t , Z ) Z m e a n ]   = ω ˙ s p r a y
(3494)
为了清晰起见,Overbars(RANS 平均)和 overtildes(Favre 平均)被排除。
假定 PDF 形状作为混合分数平均值 Z m e a n 和混合分数偏差 Z var ⁡ 的函数,以考虑混合分数中的湍流波动。(请参见 β 概率密度函数 (PDF))混合分数偏差 Z var 将根据输运方程或代数表达式计算得出。
混合分数偏差
针对混合分数偏差衍生得出的方程为:
7. EQUATION_DISPLAY
t ( ρ Z var ) + ∇⋅ ( ρ v Z var μ t σ t , Z var Z var ) = 2 μ t σ t , Z var ( Z m e a n ) 2 C d ρ ε k Z var
(3495)
其中,每个定标混合分数的混合分数偏差 Z var 计算如下:
8. EQUATION_DISPLAY
Z var = ( Z Z m e a n ) 2 ¯
(3496)
σ t , Z var 为混合分数偏差的湍流施密特数, C d 为标量耗散常数。

惯性流

惯性流的存在影响混合分数属性,因为惯性流会稀释整个混合物。如果存在惯性流,求解混合分数的传输方程时,将考虑每个入口的 Favre 平均惯性分数 Z I 和活性燃料流分数 Z f 。此传输方程由以下公式给出:
9. EQUATION_DISPLAY
t ( ρ Z I ) + [ ρ V - ( ρ D f + μ t σ t , Z var ) Z I ]   = ω ˙ s p r a y
(3497)
有关详细信息,请参见小火焰表:惯性流