计算流体力学作业FLUENT 模拟燃烧问题描述：长为2m、直径为0.45m的圆筒形燃烧器结构如图1所示，燃烧筒壁上嵌有三块厚为0.0005 m，高0.05 m的薄板，以利于甲烷与空气的混合。
燃烧火焰为湍流扩散火焰。
在燃烧器中心有一个直径为0.01 m、长为0.01 m、壁厚为0.002 m的小喷嘴，甲烷以60 m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。
空气从喷嘴周围以0.5 m/s的速度进入燃烧器。
总当量比大约是0.76(甲烷含量超过空气约28%)，甲烷气体在燃烧器中高速流动，并与低速流动的空气混合，基于甲烷喷嘴直径的雷诺数约为5.7×103。
假定燃料完全燃烧并转换为:CH4+2O2→CO2+2H2O反应过程是通过化学计量系数、形成焓和控制化学反应率的相应参数来定义的。
利用FLUENT的finite-rate化学反应模型对一个圆筒形燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动和燃烧过程进行研究。
1、建立物理模型，选择材料属性，定义带化学组分混合与反应的湍流流动边界条件2、使用非耦合求解器求解燃烧问题3、对燃烧组分的比热分别为常量和变量的情况进行计算，并比较其结果4、利用分布云图检查反应流的计算结果5、预测热力型和快速型的NO X含量6、使用场函数计算器进行NO含量计算一、利用GAMBIT建立计算模型第1步启动GAMBIT，建立基本结构分析：圆筒燃烧器是一个轴对称的结构，可简化为二维流动，故只要建立轴对称面上的二维结构就可以了，几何结构如图2所示。
(1)建立新文件夹在F盘根目录下建立一个名为combustion的文件夹。
(2)启动GAMBIT(3)创建对称轴①创建两端点。
A(0,0,0)，B(2,0,0)②将两端点连成线(4)创建小喷嘴及空气进口边界①创建C、D、E、F、G点C D E F Gx 0 0.01 0.01 0 0y 0.005 0.005 0.007 0.007 0.225②连接AC、CD、DE、DF、FG。
(5)创建燃烧筒壁面、隔板和出口①创建H、I、J、K、L、M、N点（y轴为0.225，z轴为0）。
H I J K L M Nx 0.500 0.505 1.000 1.005 1.500 1.505 2.000②将H、I、J、K、L、M、N向Y轴负方向复制，距离为板高度0.05。
③连接GH、HO、OP、PI、IJ、JQ、QR、RK、KL、LS、ST、TM、MN、NB。
(6)创建流域将以上闭合线段创建为面。
第2步对空气进口边界进行网格划分（1）划分甲烷进口边界为等距网格①点击Edges右侧黄色区域②按下Shift+鼠标左键，点击AC线段③Type选Successive Ratio,Radio 选1④在Spacing下面白色区域右侧下拉列表中选择Interval count⑤在Spacing下面白色区域内填入网格的个数5⑥保留其他默认设置，点击APPLY（2）划分空气入口边界为不等距网格①选择FG线时，若线段方向由F指向G，则按住Shift键，用鼠标中键点击FG线段，使线段方向由G指向F。
②在Type项选择Exponet③在Ratio项输入0.38④Spacing选择Interval size 并输入0.005⑤点击APPLY（3）划分小喷嘴壁面为等距网格①把CD、EF线段划分为网格数为4的等距网格②把DE线段划分为网格数为3的等距网格（4）划分燃烧器出口边界为等距网格把燃烧器出口边界BN划分为35个等距离网格。
（5）划分燃烧器壁面为网格燃烧器壁面由GH、IJ、KL、MN组成①在Edges项选择GH、IJ、KL、MN②在Type项选择Bi-exponent,在Ratio项输入0.55③在Spacing项选择Interval count，并输入62④Apply（6）对壁筒上的三个隔板进行网格划分①把六个竖直边HO、IP、JQ、KQ、LS、MT分别划分为10个等距网格②把三个横边OPQRST分别化为2个等距网格（7）对整个计算域进行面网格划分①点击Face右侧黄色区域②按下Shift+鼠标左键，点击面上的边线③在Elements选择Quad④在Type项选择Pave⑤在Spacing项选择Interval size,并输入网格间距0.008⑥Apply第3步设置边界类型并输出文件（1）设置甲烷速度入口边界①在Action项为Add②在Name 项填入边界名inlet-fuel③在Type项选择WELOCITY_INLET④点击Edges右侧黄色区域⑤按住Shift键点击AC线段⑥Apply（2）设置空气速度入口边界①在Name 项填入边界名inlet-air②在Type项选择WELOCITY_INLET③在Edges项选择FG线段④Apply（3）设置压力出流边界①在Name 项填入边界名outlet②在Type项选择PRESSURE_OUT③在Edges项选择BN线段④Apply（4）设置对称轴边界①在Name 项填入边界名axis②在Type项选择axis③在Edges项选择AB线段④Apply（5）设置小喷嘴的边界类型①在Name项填入边界名zozzle②在Type下选择WALL③在Edges项选择CD、DE、EF④点击apply（6）输出网格文件①在File Name项确认文件名②选择Export 2-D(X-Y)Mesh③Apply二、利用FLENT-2d求解器进行模拟计算第1步启动FLENT-2d求解器，读入网格文件。
（1）启动FLUENT-2d求解器（2）读入网格文件combustion.msh（3）检查网格（4）网格信息（5）网格长度单位设置（6）显示网格第2步设置求解模型（1）设置求解器①在Solver项选择Segregated②在Formulation项选择Implicit③在Space项选择Axisymmeric④在Time项选择Steady⑤OK（2）选用k-ε湍流模型①在Model项选择k-epsilon②OK（3）激活能量方程①选择Energy Equation②OK（4）启动化学组分传输和反应①在Model先选择Species Transport②在Reaction下选择Volumetric③在Options下选择Diffusion Energy Source④在Mixture Material下拉列表中选择methane-air⑤在Turbulence-Chemistry Interaction 下选择Eddy-Dissipation⑥OK第3步流体材料设置①在Denity下拉列表中选择incomprehensible-ideal-gas②在Cp项选择Constance,输入1000③点击Mixture Species 右边的Edit。
④点击Cancel⑤在Material面板中，点击Reaction下拉列表右边的Edit⑥OK⑦使用滚动条检查其余的物性⑧点击Chang/Create，接受材料物性的设置并关闭对话框第4步设置边界条件（1）打开边界条件面板（2）设定空气进口inlet-air的边界条件①在Zone项选择inlet-air②确定在Type项为velocity-inlet③在Velocity Magnitude项输入空气入口速度0.5④在Turbulence Specification Method 项选Intensity andHydraulic Diameter⑤在Turbulence Intensity项输入10⑥在Hydraulic Diameter项输入燃烧筒直径0.45⑦Species Mass Fractions 项均为常数，且在O2项输入0.22⑧点击OK（3）设定燃料进口边界条件①在Zone 项选择inlet_fuel②确定Type项为velocity-inlet ,点击Set,打开燃料速度入口边界设置对话框③设置后点击OK（4）设定压力出口边界条件①在Zone项选择outlet②确定Type项为pressure-outlet点击set，打开压力出流白边界设置对话框③进行设置，点击OK（5）设定燃烧筒外壁的边界条件①在Zone项选择wall②点击set，打开壁面边界条件设置对话框③在Thermal选项卡中的Thermal Conditions项选择Temperature④在Temperature项输入温度300⑤保留其他默认设置，点击OK（6）设置燃料进口喷嘴壁面的边界条件①在Zone项选择nozzle②点击set，打开喷嘴壁面边界设置对话框③在Thermal选项卡中Thermal Conditions项选择Heat Flux④在Heat Flux项保留默认的零值⑤保留其他默认设置，点击OK第5 步初始化流场并求解（1）设置求解控制参数①打开求解控制参数设置对话框，在Under-Relaxation Factors项，设置每个组分的松弛因子为0.8②保留其他默认设置，点击OK（2）流场初始化①在Compute From下拉列表中选择all-zones②设置CH4为0.2③调整温度初始值到2000④点击Init（3）在计算期间打开残差图形监视器①打开残差监视器设置对话框在Options下，选择Print和Plot②调整energy残差收敛标准为1e-05③保留其他默认设置，点击OK（4）保存case文件打开文件保存对话框，键入文件名combustion1，点击OK （5）进行1000步迭代计算打开迭代计算对话框。
填入1000（6）保存case和data文件Case&Data 保存的文件名为combustion1.cas 和combustion1.dat（7）绘制温度分布云图①打开绘制分布云图设置对话框在Option项选择Filled②在Contours of 下拉列表中选择Temperature...和StaticTemperature③保留其他默认设置，点击DisplayFluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60%，凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。
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由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。
灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。