煤粉燃烧模拟——湍流破碎模型

1、煤粉燃烧模拟 湍流破碎模型煤粉燃烧一一湍流破碎模型(EBU)简介该帮助文件主要介绍煤粉燃烧模型的设置和求解，采用湍流破碎模型(EBU)。EBU燃烧模型，也称涡团破碎模型，假设化学反应的平均速度与化学动力 学无关，而只取决于低温的反应物和高温的燃烧产物之间的湍流混合作用。主要包括：1) 煤粉燃烧模型的建立和求解2) 湍流破碎模型(EBU)的应用3) 选择合适的求解参数4) 计算结果的后处理问题描述3D模型的剖面图如图1所示。左侧为两个环形入口，右侧为一个圆形出口 由于模型的对称性，取系统的1/4进行建模。煤粉和携带空气(一次风)从内环 进入燃烧室，二次风从外环进入燃烧室，发生燃烧反应，产物从压力

2、出口流出。 模型建立和求解Step1：网格1、读取mesh文件2、检杳网格：gridcheck3、显示网格：displaygrida)从列表框中选取所有surfacesb)点击display，并关闭grid display 面板Step2模型1、选择k- &湍流模型Define models一+viscous2、启动能量方程Define modelsenergy3、启动物质输运方程Define - models-k speciestransport & reactiona）选择 model 列表中的 species transportb）选择 reaction 列表中的 vol

3、umetricc）选择 mixture material 列表中的 coal-hv-volatiles-aird）选择turbulence-chemistry interaction（湍流与化学反应的作用）列 表中的eddy dissipation（涡流耗散）e） 点击 ok, 关闭 species mode面板4、启动Discrete ordinates模型（DO离散坐标系）a）从 model 列表中选择 discrete ordinatesb）设置 flow iterations per radiation iteration （流动和辐射迭代次数） 为1c） 设置 angular dis

4、cretization （角离散化）中的 Theta Divisions and Phi Divisions为 4d）设置 angular discretization （角离散化）中的 Theta Pixels and Phi Pixels为 3e）点击 ok，关闭 radiation model5、启动discrete phase（离散相）模型a）Max number of steps （最大步数）40000b）启动 specify length scal（步长），设为 0.0025c） 点击 ok，关闭 discrete phase面板Step3: injections （喷口）1、v-

5、1 入口截面设 9 个喷口： definek injectionsa）点击creat，新建喷口c） 9个喷口通用性质，见表lrameterValueParticle TypeCombustingMaterialcoal-hvDevolatilizing Specieshv_volProduct Speciesco2Oxidizing Specieso2Point PropertiesTemperature = 343. Z-Velocity 23.11Turbulent DispersionStochasti匚 Model with values fbr Number of Tries and

6、 Time S匚制住 Constant as 10 and 0 15 respectively.c) 点击 turbulent dispersion 并启动 discrete random walk modeld) 设置喷口的流速和颗粒半径Injection 5* a meDiametey (ni)Flow Rateinjection-0le-60.00018264inject io rnl5e-60.00073056injection-2le-50,00127848inje 匚 tion 32 *50.00438336injection-45e-50.00584448inje 匚 tion5

7、7.5e-50.00347016injection-60.00010.00146112injection-70,00020.00073056inje ction-80.00030.00018264e) 其它参数保留默认值f) 关闭injections面板Step4： materials (物质特性)1、修改 coal-hv-volatiles-air混合物的特性：define materialsa) 从数据库中添加COb) 点击mixture species的edit,打开species面板，将CO添加至右侧 mixture species列表中，并保证 N2位于列表的最后c) 点击 reac

8、tion 的 edit，打开 reactions面板，编辑 eddy-dissipation的反 应式，如下：lieactan tssProductsNumber of Re actants = 2Number of Products = 4Stoiclb Coefficients hv_Tcl 1 o2 = 2.46Stoich Coefficients co 2.17co2 = 0.633 h2o = 2418n2 = 0,071Table 3: Reaction 1ReactantsProductsXninber of Beactants 二 2Ntunher of Products 二

9、 1Stoich. Coefficientsco = 1o2 = 0,5Stoicli. Coefficient co2 = 1Table 4: Reaction 2其余参数保留默认值，关闭reactions面板2、设置燃烧颗粒coal-hv的特性PropertyValueDensity1000Cp1100Latent Heat0Vapori2ation Temperature343Volatile Component Fra匚tion55Binary Diffusivity3e-5Swelling Coefficient2Burnout Storch iometric Ratio2.67Co

10、mbustible Fraction36 +了Heat of Rea匚tion for Burnout3.29e7React. Heat Fraction Absorbed by Solid0Combustion Modelkinetics difFusion-lirnitedr；1ass DifFusion-Limited Rate Constant = 5e-12Kinetics-Limited Rate Pre-Exponential Factor 6.7KineticS'Limited Rate Activation Energy = 1 + 138e8 aporization

11、 temperature of coni 帝 773 K. But. to tart the reaatioTiJi. ire ifil! lower it to 343 K and once the flame shape is obtained, it trill be changed to the original value.3、 设置 02、CO2、H2O、CO、N2 的特性在Cp列表中选择piecewise-polynomial保留默认参数4、设置 coal-hv-volatiles特性la) Enter 50 for Molecular Weight and -1.8474e7

12、for Standard State Enthalpy.5、点击 change/create按钮，关闭 materials面板Step5:操作条件Define operating conditions保留默认参数。Step6:设置 UDFudf导入后用于设置后续的边界条件。Define user defined functions interpreted1、设置源文件的名称，C函数(coal-ebu.c2、设置C预处理中CPP的命令名迭代次数取默认值10000,除非udf函数中的局部变量超出该值 造成溢出。该case中，保证迭代次数高于局部变量。3、如果用fluent的预处理代替，则选择 us

13、e contributed CPP选项；4、点击 interpret，关闭 interpretd UDFs 面板如果编译过程出现错误，则调试至无错误为止。Step7：边界条件2、Define 一一* boundary conditionParameterValueVelocity Magnitude23.11 lii/sTemperature343 KTurbulence Intensity10%Hydraulic Diameter0.013 inSpecies Mass Fractionso2 二 0.2315Internal Emissivity1Discrete Phase BC Typ

14、e巳5匚ape1、 入口 V-1的设置如下入口 V-2的设置如下:PaiameterValueVelocity Specification MethodComponentsCoordinate SystemCylindrical (Radial, Tangential, Axial)Radial-Velocity0Tangential-Velocityudf vinle t2wvelAxial-Velocityudf vinlet2ijvelTemperature573 KTurbulence Intenity12 %Hydraulic Diameter0.047 inSpecies Mass

15、 Fractionso2 = 0.23153、出口 P-1的设置如下:IararneterValueGauge Pressure0Backflow Total Temperature1000 K匚kflow Turbulence Intensity10%Backflow Hydraulic Diameter1 inSpecies Mass Fractionso2 = 0.23154、设置壁面边界条件，温度和内部辐射系数如下:ZoneTemperatureInternal Emissivityw-13430.6w-25730.6w-38730.6w-412730.5w5udf wall5temp

16、0-5w-6udf wallStemp0.5w-7udf wall7temp0.5w-813230.5w-910730.55、设置周期性旋转;6、关闭面板Step8:无反应流动计算1、关闭体反应Define * models species transport&reaction2、关闭离散坐标辐射模型Solve controls solutiona) 从 equations列表框中关闭discrete oridinatesb) 点击OK，关闭面板3、关闭与连续相的交互反应(interaction)definemodels discrete phase4、初始化计算区域Solve f i

17、nitialize initialize5、打开残差监视图Solve 一+ monitors- - residual6、迭代计算100步Solve 一+ iterate7、改变计算控制参数Solve » controls solutiona) 压降选择PRESTO!b) 压力、动量、湍流的松弛因子分别设为 0.5、0.2和0.7c) 点击OK，关闭面板8、迭代计算羽00步。Step9加入反应流的计算1、启动与连续相的交互作用(interection with continuousphas® , 设置交互间隔为1步；2、启动体反应(volumetric reactions ;

18、3、反应区域中补充考虑高温和生成物分子量：Adapt regiona) 在shapes列表中选择cylinder；b) 在面板中输入坐标值；c) 点击mark，关闭面板4、在反应区域考虑如下参数：Solve initialize * patcha) 选择cylinder-r0，设置参数如下温度=2000KH2O质量分数=0.01CO2质量分数=0.01b) 关闭面板5、设置松弛因子如下：Energy0.95Species0.95Discrete Phase Sour匚16、迭代计算1步；7、保存 case和 data( coal-ebu-react-star)；8、设置每50步进行DPM交互计

19、算9、设置 discrete phase source的松弛因子为 0.1；10、迭代计算300步。Step10:进行收敛计算1、改变计算控制参数Solve controls solutiona）从equations列表框中选择discrete ordinates（离散坐标系）；b）Density松弛因子设为0.72、迭代计算第00步；3、保存 case和 data （名称 coal-ebu-1）；4、设置离散化列表中动量、湍动能、湍流耗散率、hv-vol、02、CO2、H20、CO和能量为二阶迎风；5、迭代计算為00步；6、保存 case和 data （名称coal-ebu-2）7、启动粒子辐射计算；Define models* discrete phase8、改变燃烧颗粒的特性Define * materialsa）蒸发温度设为773K ；b）颗粒离散因子设为0.159、所有物质的松弛因子设为 1, energy和turbulence的松弛