煤粉燃烧仿真过程
1.导入网格,使用压力基(pressure-based)和稳态计算(steady);
2.选择KE湍流模型;
3.激活能量方程;
4.激活组分输运模型,Mixture Material(燃料)项下选择coal-hv-volatiles-air,勾选Reactions项下
的Volumetric以激活反应,Turbulence-Chemistry-Interaction项下选择涡耗散模型Eddy-Dissipation;
5.激活辐射模型Radiation,并选择P1辐射模型;
6.设置离散相参数,在Discrete Phase项下,设置最大追踪步数为4000,指定长度尺寸为0.0025;
7.使用Define→Injections设置入射流,设置入射流入口为V-1,入射流类型Particle Type为
Combusting燃烧组份,入射流材料Material为coal-hv高挥发性煤,粒径分布Diameter Distribution 为均匀分布uniform,挥发份Devolatilizing Species为高挥发性煤hv_vol;在Point Properties项下设置进口特性,温度Temperature设定为343K,Z方向速度Z-velocity设定为23.11,质量流量Total Flow Rate(kg/s)设置为0.00018264,直径Diameter为1e-6;在Turbulent Dispersion项下激活随机轨道模型Discrete Random Walk Model,轨道数Number of Tries设置为10,尺度长度Time Scale Constant设置为0.15;如果有多股粒径不同的质量流,也可以使用同样的方法设置其它的几股质量流;
8.修改混合物的物性:在FLUNET材料面板上导出CO,并将CO导入到混合物组分中;
9.在反应面板Reactions内修改化学反应;
这里有两步化学反应:
第一步是挥发性煤hv_vol与氧气o2反应生成一氧化碳co、二氧化碳co2、水h2o和氮气n2,当量比Stoich Coefficient分别如下图所示;
第二步是一氧化碳co与氧气o2反应生成二氧化碳co2;
到这些反应设置完成,点击Chang/Create后可能会弹出警告,提示反应1当量质量不守恒,这里不用管它,直接进行其它的设置。
10.将材料导热系数设定为线性分布polynomial,并如下图设定两个系数;
11.将材料粘性设定为线性分布polynomial,并如下图设定两个系数;
12.吸收系数Absorption Coefficient(1/m)使用wsggm-domain-based模型,散射系数Scattering
Coefficient(1/m)设为0.5;
13.双击coal-hv设置燃烧组份,密度为1000,比热为1100,潜热为0,挥发份的挥发温度为343K;
挥发份的质量分数为55%;扩散率为3e-5;燃尽焦炭当量比为2.67,焦炭中可燃物的质量分数设定为36.7,燃尽的反应热3.29e+07;被固体吸收的热量设定为0;燃烧模型选择动力和扩散限制的kinetics/diffusion-limited,参数见本步的最后一张图;
注:这里实际的汽化温度为773K,此处将汽化温度设定为343K,是为了使挥发份在低温时就能够挥发,有利于燃烧的进行,相当于一个点火过程;反应进行之后,还是需要将此处的343K改为实际挥发温度773K;
14.将所有物性(仅气体)的比热都调成分段线性,然后关闭材料面板;
15.导入UDF,并且在导入时勾选Display Assembly Listing和Use Contributed CPP,此处UDF设置的
是边界壁面上的温度;
16.设定边界条件:
(1)进口V-1,速度23.11m/s,湍流强度10%,水力直径0.013m,温度343K;氧气0.2315;辐射率为1;离散相逃逸escape;
(2)进口V-2,照如下设置;
(3)压力出口p-1:出口表压为零,回流湍流强度10%,水力直径1m;回流温度1000K;回流氧气质量分数为0.2315;
(4)设定壁面边界条件
壁面w-1:温度设定为343K,内部辐射率Internal Emissivity设定为0.6;
壁面w-2:温度设定为573K,内部辐射率Internal Emissivity设定为0.6;
壁面w-3:温度设定为873K,内部辐射率Internal Emissivity设定为0.6;
壁面w-4:温度设定为1273K,内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5;
壁面w-5:温度设定为UDF控制的,内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5;
壁面w-6:温度设定为UDF控制的,内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5;
壁面w-7:温度设定为UDF控制的,内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5;
壁面w-8:温度设定为1323K,内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5;
壁面w-9:温度设定为1073K,内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5;
由于本例使用的是1/4模型,周期边界条件使用旋转周期;
17.先取消反应流的勾选,并关闭辐射模型,以求解冷态流场(不计算燃烧场);
18.使用Solution Initialization对计算域进行初始化,从所有区域开始计算,并使用Run Caculation开
始计算,假设迭代1000步;
19.为了使计算更容易收敛,可以调整松驰因子;
20.激活离散相与连续相的交互、体积反应和辐射模型,计算热态流场;
21.使用Adapt→Region,在Region Adaption对话框中对网格进行修补,进行局部修补的目的是为了
指定一个小区域,对流场进行高温点火;
22.使用Patch命令进行局部修补,指定该区域温度为2000K;
23.继续计算之前可再次调整松驰因子;
24.先进行一步迭代,使点火过程发生;
25.继续调整松驰因子,然后继续迭代;
26.如迭代300步,得到反应流的收敛解;
27.查看收敛结果;
28.将收敛格式由一阶迎风First Order Upwind调整为二阶迎风Second Order Upwind,然后继续迭代
以得到高阶的收敛解;
29.假设继续计算500步;
30.计算完之后,这时反应已经开始进行,可以将煤粉的挥发温度调整到正常值773K;
31.继续计算5000步,得到最终结果;
32.查看计算结果,如质量流量等等;
33.如果结果图中出现未显示出实际大小的情况,如下图,可以使用Display→Colormap命令,调整
显示精度(保留的小数位数)来使它显示出来;
34.也可以打开污染物模型,计算污染物:可以计算热力学污染物Thermal NOx、快速型污染物Prompt
NOx、燃料型污染物Fuel NOx,氧和OH的模型选择静平衡模型partial-equlibrium;
燃料Fuel Species设置为挥发份hv_vol,燃料碳数目Fuel Carbon Number设置为2.8,当量比Equivalence Ratio设置为0.685;
打开燃料污染物模型,燃料类型Fuel Type设置为固体Solid,氮N的中间组分为hcn/nh3/no三种,挥发份中氮的质量分数Volatile N Mass Fraction为0.0398,焦碳中氮的质量分数Char N Mass Fraction 为0.0596;中间组分质量分分数Partition Fractions中hcn为0.9,nh3为0.1;
在湍流交互Turbulence Interacion Mode中选择温度的交互,PDF点数PDF Points为20;
35.接下来计算污染物的时候,仅需激活污染物的方程即可;
36.计算污染物的时候,欠松驰因子应该是1e-6;
37.然后迭代,假设迭代100步;
38.查看污染物结果;。