第16章 部分预混燃烧的模拟gg
第五章fluent预混燃烧模型ppt课件
1、预混模型理论
• 火焰前锋的传播：预混燃烧时，火焰发生在一个 非常薄的火焰层中，火焰前锋移动时，未燃反应 物燃烧变为产物，火焰层将反应的流场分为已燃 物区和未燃物区，反应的传播等同于火焰前锋的 传播
预混燃烧--Zimont模型
•
反应进程变量c：c
Yp
/
Y
ad p
p
p
Yp：当前产物的质量分数；
Ypad ：完全绝热燃烧后产物的质量分数；
预பைடு நூலகம்模型总结
• 适用条件
湍流 快速化学反应 只有预混合
• 限制条件
不能模拟运动学细节中的实际现象 （如点燃、熄灭和低Da数）。
实例演练四：预混燃烧
混合燃料入口2
混合燃料入口1
烟气出口
湍流长度尺寸常数CD 湍流火焰速度常数A
拉伸系数 湍流施密特数Sct
拉伸系数
• 为了考虑火焰面拉伸所导致的吹熄现象，在 反应源项中乘以一个拉伸因子 G，即GSC ：
其中：
• 以上各式中出现的一些常数值在FLUENT默认条件下为：
A=0.52，CD=0.37，μstr=0.26， Sct =0.7
温度的计算
• 关键：捕获湍流火焰速度，受层流火焰速度和湍流的 影响。
预混模型使用限制
• 必须使用非耦合求解器； （define-models-solver: Pressure based） • 只对湍流、亚音速模型有效； • 不能和污染物模型（如NOx）一起使用； • 不能模拟离散相粒子的反应，只有惰性粒
子才能与预混模型一起使用。
的情况。
3、FLUENT相关设置
1、选择预混模型
2、确定绝热或非绝热
（如果有fluent材料库 中的模型，可以首先选 择一种）
FLUENT中组分输运及化学反应燃烧模拟
混合分数定义
混合分数, f, 写成元素的质量分数形式:
f Zk Zk,O Zk,F Zk,O
其处中的，值。Zk 是元素k的质量分数 ；下标 F 和O 表示燃料和氧化剂进口流
对于简单的 fuel/oxidizer系统, 混合物分数代表计算控制体里的燃料 质量分数.
平衡化学的 PDF模型 层流火焰面模型
进展变量模型
Zimont 模型
有限速率模型
用总包机理反应描述化学反应过程. 求解化学组分输运方程.
求解当地时间平均的各个组分的质量分数, mj.
组分 j的源项 (产生或消耗）是机理中所有k个反应的净反应速率 :
Rj Rjk k
R、jk混(第合k或个涡化旋学破反碎应（生E成BU或）消速耗率的的j 组小分值)。是.根据 Arrhenius速率公式
p(f) can be used to compute time-averaged values of variables that
depend on the mixture fraction, f:
i
1 0
p
(
f
)
i( f )d f
Species mole fractions
Temperature, density
的燃烧过程。.
计算连续相流动场 计算颗粒轨道
更新连续相源项
颗粒弥散: 随机轨道模型
Monte-Carlo方法模拟湍流颗粒弥散 (discrete random walks)
颗粒运动计算中考虑气体的平均速度及随机湍流脉 动速度的影响。
每个轨道包含了一群具有相同特性的颗粒，如相同 的初始直径，密度等.
利用fluent组分输运模型模拟锅炉混煤燃烧过程
利⽤fluent组分输运模型模拟锅炉混煤燃烧过程fluent组分输运模拟混煤燃烧之前⽤组分输运做过⼀些混煤燃烧的⼯作，因为⾃⼰⼀开始接触组分输运的时候也遇到很多困难，⽤组分输运做混煤模拟更是⼀⽆所知，后来在之前课题组基础上，加上⾃⼰的摸索，对⽤组分输运做混煤模拟的套路⼤概了解了，所以就把这个“套路”总结了⼀下写了出来，希望可以帮到有需要的朋友。
当然，下⾯的内容更多的是做混煤模拟的⼀个过程的描述，具体⾥⾯的有些参数的设置我也不是太懂，尤其是⼀些涉及到化学反应的参数，所以这篇⽂章只是告诉⼤家设置的“套路”，具体的参数还是要⼤家查阅相关⽂献或书籍。
另外⼤家也没必要死搬硬套我这个套路，我这篇⽂章只是希望能给想做混煤模拟的朋友⼀些启发，⼤家应当在我这个⽂章的基础上多去琢磨，搞清楚每⼀步的设置都是在做什么，这样⾃⼰遇到⼀些我⽂中没有提到的问题时也能⾃⼰解决。
⽂中若有什么错误或未描述清楚的地⽅，欢迎互相交流。
1.打开species⾯板，选择species transport（组分输运），Reactions勾选上Volumetric，表⽰组分输运在某体积内有化学反应，Turbulence-Chemistry Interaction点选Finite-Rate/Eddy-Dissipation，表⽰化学反应是有限反应速率的，反应速率受化学反应本⾝与湍流混合⼆者共同控制。
2.点Finite-Rate/Eddy-Dissipation后，下⾯会出现coal calculator，⽤于对煤的反应进⾏计算，点coal calculator，弹出如下界⾯，根据煤质分析结果，填⼊相应数据，这⾥假设有两种煤，⼀种中等挥发份，取名为coal-mv，⼀种为⾼挥发份，取名为coal-hv，相应结果如下图。
3.点完Apply后点OK，会弹出如下界⾯。
4.这样coal-hv就设置好了，然后继续点coal-calculator，以同样的⽅法设置coal-mv。
第六章 预混层流火焰
第六章 层流预混火焰传播§6-1 火焰速度和火焰结构一维层流火焰在预混燃料-氧化剂混合物中传播是最简单的燃烧现象之一，在此火焰中，化学动力学以及能量和组分扩散输运起重要作用。
通过守恒方程和状态方程可以导出Rankine-Hugoniot 曲线。
该曲线把在一维层流预混火焰中未燃气和已燃气状态联系起来。
已燃气体位于Rankine-Hugoniot 曲线下分支（缓燃），并相应于未燃气体状态Rayleigh 线与具有适当反应热的Rankine-Hugoniot 曲线交点L ，如图6.1-6.2中所示。
图6.1 层流预混火焰坐标系图6.2 一维燃烧波的Rankine-Hugoniot 曲线和Rayleigh 线Rayleigh 线的斜率与相对于未燃气体的波的传播速度，即层流火焰速度有关。
22)()/(/u u u A mdv dP ρ−=−=& ==)(u u S u 层流火焰速度=)/()/1(dv dP u ρ−由于缓燃Rayleigh 线斜率比爆震Rayleigh 线斜率小得多，所以缓燃速度比爆震速度小得多。
虽然守恒方程和状态方程提供了缓燃的未燃气体和已燃状态之间的关系，但不能唯一确定层流火焰速度u S 。
为了确定u S ，必须将守恒方程通过缓燃波积分。
由于在第5章中推导的方程是非线性耦合微分方程，其准确解只有通过数值积分才能获得。
它需要很大的计算资源。
为了考察层流火焰的某些特征（如火焰速度和厚度）以及这些特征与燃烧参数如燃料类型、化学配比、压力及未燃气体的温度的关系，对方程组进行了简化，以便能分析求解。
要得到简化的模型，需要引入一系列的假设。
我们从考察参考系建立在火焰上的层流火焰结构的某些方面入手。
如前所述，这些计算是针对等压过程进行的。
但是对一维缓燃的Rankine-Hugoniot 曲线，如图6.2所示，已燃气的压力小于未燃气的压力。
现在我们需要考察压力减少的数值是否小到可以忽略的程度。
燃气燃烧
第一章燃烧：燃气中的可燃成分在一定条件下与氧发生激烈的氧化作用并伴以发热发光的物理化学反应过程，称为燃烧。
燃烧必备条件：燃气中的可燃成分和空气按一定比例呈分子状态混合；破坏旧分子和生成新分子所需要的能量（可燃气体混合物具有一定的能量）；具有完成燃烧反应所需的时间。
高热值：是指燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸汽以凝结水状态排出时所放出的热量。
低热值：是指燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸汽仍为蒸汽状态时所放出的热量燃气燃烧反应方程式：第二章1、影响燃气燃烧反应速度的因素,结论:2、链反应的概念：有一些化学反应并非一部完成，而是由多部基元反应组成。
一环扣一环进行，经历链的生成、链的发展以及链的消亡几个过程，这种反应称为链反应。
链反应的基本原理：1.链的引发，即活化中心（原子,基,原子碎片）生成；2.链的传递，即进行基元反应；3.链的终止，即活化中心消亡。
可燃气体的燃烧均为链反应3、支链着火与热力着火区别:支链着火:由于系统的活化中心浓度的变化引起的着火.热力着火:由于系统的热力条件变化引起的着火4、画出支链反应与压力的关系图，说明产生上下限的原因：存在压力下限（B点）的原因：因为在B点以下（以左），系统的压力低，容器内反应物质浓度小，为数不多的活化中心很容易直接撞到器壁上消亡，链的中断几率大，所以反应速度就小。
另外根据质量作用定律其浓度小反应度也小，故此，存在压力下限（B点）。
存在压力上限（C点）的原因：当容器内的压力升高到一定程度后，容器内反应物质浓度变大，活化中心在气相中消亡数增大；即两个活化中心在第三体碰撞下消亡的数量加大，反应速度变为缓慢，故存在压力上限（C点）5、着火半岛：表明了支链着火与温度、压力之间的关系。
处于着火上下限之间的半岛形即为着火区，半岛以外不能着火。
6、支链反应速率与活化中心浓度的关系(定量讨论支链着火的条件)假设：W0--为外界能量的作用（分子热运动）而生成的初始活化中心浓度；（与活化中心浓度无关）W1- 为链分枝速度（与活化中心瞬时浓度有关）W2--为活化中心消亡的速度；（与活化中心瞬时浓度有关）（1）ϕ > 0时：反应自动加速，能自燃（链着火）；（2）ϕ< 0时：反应趋于一个极限值，反应速度极其缓慢，进行稳定的氧化反应，不能着火；（3）ϕ=0时：这一工况参数合乎稳定工况和不稳定工况的边界状态。
《非预混燃烧模拟》课件
VS
详细描述
DNS方法需要极高的计算资源，因此通 常只用于小型问题或作为验证其他模拟方 法的基准。它可以提供流场中所有粒子的 运动轨迹和化学反应路径，适用于研究湍 流燃烧的详细过程和机理。
大涡模拟
总结词
大涡模拟（LES）是一种介于直接数 值模拟和模型化方法之间的非预混燃 烧模拟方法。它只求解大尺度的湍流 涡，而将小尺度的涡用模型化方法处 理。
CHAPTER 04
非预混燃烧模拟应用
燃烧室设计
燃烧室优化设计
非预混燃烧模拟可用于优化燃烧 室设计，提高燃烧效率，降低污 染物排放。
燃烧室尺寸确定
通过模拟不同尺寸的燃烧室，可 以确定最佳的燃烧室尺寸，以满 足燃烧需求和排放标准。
燃烧室布局优化
通过模拟不同布局的燃烧室，可 以优化燃烧室的布局，提高燃烧 效率并降低热损失。
燃烧模型的不确定性
化学反应动力学模型
非预混燃烧涉及复杂的化学反应动力学过程，建立准确的化学反应动力学模型是关键。
燃烧模型验证与校准
由于实验条件的限制，很难对非预混燃烧模型进行全面验证和校准，因此需要发展有效 的验证和校准方法。
模型不确定性传播
燃烧模型的不确定性会对模拟结果产生影响，需要发展模型不确定性传播分析方法，以 评估模型的不确定性对模拟结果的影响。
过程。
详细描述
PDF方法能够考虑湍流流动和化学反应的随机性，适用于研究燃烧过程的不确定性、火 焰的传播和熄灭等问题。它通常需要较少的计算资源，但需要建立合适的概率密度函数
模型。
混合模拟方法
总结词
混合模拟方法是一种结合了直接数值模拟、 大涡模拟和模型化方法的非预混燃烧模拟方 法。它根据问题的需求和计算资源的情况， 选择合适的模拟方法来求解湍流流动和化学 反应过程。
针对模拟燃烧情况的混合气体化学建模
针对模拟燃烧情况的混合气体化学建模随着科学技术的不断发展，燃烧化学研究作为一门重要的学科日益受到人们的关注。
在燃烧过程中，混合气体是一种常见的形态。
为了准确地研究混合气体化学反应机理，需要使用模拟燃烧情况的混合气体化学建模方法。
本文将介绍这一方法的基本原理、应用场景及未来发展方向。
一、基本原理混合气体化学建模是一种基于计算机模拟的科学方法，旨在描述混合气体中的各种化学反应过程。
在模拟过程中，需要考虑混合气体的组成、温度、压力等因素。
此外，还需要使用基于热力学和动力学计算的模型来估计化学反应的速率和能量变化等参数。
混合气体化学建模可以用来预测混合气体的化学反应路径和产物生成情况。
这对于工业燃烧、发动机燃烧等领域的研究和设计具有重要意义。
二、应用场景混合气体化学建模在工业燃烧、发动机燃烧等领域具有广泛的应用。
比如，在工业炉燃烧过程中，混合气体中的燃料和空气会发生复杂的化学反应，而燃烧产物又会对工艺效率和环境保护产生不同的影响。
使用混合气体化学建模方法，可以对燃烧产物进行定量预测和分析，为燃烧过程的优化提供科学依据。
此外，在发动机燃烧中，混合气体化学建模也发挥着重要的作用。
通过对混合气体性质的模拟和优化，可以提高发动机的工作效率和环境性能。
三、未来发展随着计算机技术的不断发展，混合气体化学建模的精度和效率不断提高。
未来，这一方法将在更多领域得到应用。
比如，基于大数据和人工智能技术的混合气体化学建模方法已经开始出现，预计将在化学工业、空气污染治理等领域发挥更加重要的作用。
同时，现有的混合气体化学建模方法还存在一定的局限性。
比如，对于一些复杂的化学反应，现有模型无法准确描述，需要进一步发展和完善。
此外，现有模型的计算量较大，需要在算法和软硬件设备等方面做出更多的优化改进。
四、总结混合气体化学建模是一种重要的科学方法，可用于预测混合气体中的化学反应和产物生成情况，同时还可为现代工业和发动机等领域的研究和设计提供科学依据。
fluent 中各种燃烧模型WORD版
第六章，FLUENT中的燃烧模拟6.1 燃烧模拟的重要性●面向实际装置（如锅炉、内燃机、火箭发动机、火灾等）●面向实际现象（如点火、熄火、燃烧污染物生成等）6.2 FLUENT燃烧模拟方法概要●FLUENT可以模拟宽广范围内的燃烧（反应流）问题。
然而，需要注意的是：你必须保证你所使用的物理模型要适合你所研究的问题。
FLUENT在燃烧模拟中的应用可如下图所示：●气相燃烧模型一般的有限速率形式（Magnussen 模型）守恒标量的PDF模型（单或二组分混合物分数）层流火焰面模型（Laminar flamelet model）Zimont 模型●离散相模型煤燃烧与喷雾燃烧●热辐射模型DTRM, P-1, Rosseland 和Discrete Ordinates模型●污染物模型NO x 模型，烟（Soot）模型6.3 气相燃烧模型6.3.1 燃烧的化学动力学模拟实际中的燃烧过程是湍流和化学反应相互作用的结果，燃烧的化学反应速率是强非线性和强刚性的。
通常的化学反应机理包含了几十种组分和几百个基元反应，而且这些组分之间的反应时间尺度相差很大（10－9～102秒），因此在实际问题的求解过程中计算量和存储量极大，目前应用尚不现实。
在FLUENT中，针对不同的燃烧现象，采用了不同的化学动力学处理手段，以减少计算成本，如下：●有限速率燃烧模型——>预混、部分预混和扩散燃烧●混合物分数方法（平衡化学的PDF模型和非平衡化学的层流火焰面模型）——>扩散燃烧●反应进度方法（Zimont模型）——>预混燃烧●混合物分数和反应进度方法的结合——>部分预混燃烧6.3.2一般的有限速率模型●化学反应过程一般采用总包机理（即简化化学反应，如单步反应）进行描述●求解组分的输运方程，得到每种组分的时均质量分数值，如下：6－1其中组分j 的反应源项为所有K 个反应中，组分j 的净生成速率：6－2式中，反应k 中的组分j 的反应速率可按照Arrhenius 公式、混合（mixing ）速率或 “eddy breakup” 速率的方法求解。
预混燃烧——精选推荐
预混燃烧⼀、预混燃烧的基本介绍1.贫燃预混燃烧的介绍贫燃预混燃烧是在保证燃料充分燃烧的情况下，增⼤空⽓的供给量，从⽽降低燃烧室的温度，满⾜较低的污染物排放标准（可以做到低NOx的排放）。
但是与常规的扩散燃烧技术相⽐，贫燃预混燃烧是在偏离正常化学当量⽐下进⾏的，这就会产⽣燃烧的不稳定性（主要包括回⽕以及振荡燃烧），严重阻碍了贫燃预混燃烧技术的发展。
维持贫燃预混燃烧室内的正常燃烧，其关键就在于避免⽕焰的吹熄与振荡燃烧。
⽕焰吹熄现象是因为燃烧室内当量⽐被控制在接近贫燃熄⽕极限，以便尽量降低⽕焰温度以及的排放，⽽在这种燃烧状况下，⽕焰传播速度很低，在相对⾼速的⽕焰流场中，会导致⽕焰的熄灭现象，这种现象发⽣的时间很短，被称为静态不稳定。
因此要避免⽕焰吹熄，维持预混⽕焰的稳定燃烧，关键就在于保持⽕焰燃烧速度与流场速度的平衡，可从以下两种⽅法着⼿：①提⾼燃烧速度；②降低燃⽓供给速度。
提⾼燃烧速度可使⽤端流产⽣器提⾼⽕焰瑞流强度，⽽降低燃⽓平均速度可以通过减少燃⽓供给做到，但是燃机的总效率也会下降，通常采⽤在燃烧室内安装钝体稳焰器或在燃烧室避免加⼯凹槽形成局部低速区域，使⽕焰燃烧速率与流场速率均衡，以便维持⽕焰的燃烧。
另外除上述⽅法外，旋流因为其特殊的流动特性，也常⽤于稳定湍流⽕焰。
预混燃烧的不稳定受燃料种类、进⽓温度、燃料⼀空⽓过量空⽓系数、燃烧室⼏何参数、燃烧室温度以及压⼒等众多参数的影响。
按压⼒振荡频率可将燃烧不稳定分为：低频振荡、中频振荡、⾼频振荡。
按照压⼒振荡涉及的燃烧系统部件可以将其定义为三类：燃烧系统不稳定、燃烧室腔体不稳定以及固有燃烧不稳定。
根据燃烧系统内不同扰动间的相互关系，可将燃烧不稳定分为受迫燃烧不稳定和⾃激燃烧不稳定，也可称为受迫振荡和⾃激振荡。
⼆、国内外研究现状及进展Lieuwen等⼈对预混燃烧室内的燃烧不稳定性进⾏了理论和实验研宄，将预混燃烧室分为进⼝区域、燃烧区域以及燃烧产物区域三个部分，⽤“完全撞拌反应器”模型（WSR）对当量⽐波动引起燃烧热释放波动的机理进⾏了描述和分析。
《非预混燃烧模拟》课件
1
1. 确定模拟目标
定义燃烧器类型、工况条件以及模拟
2. 设置边界条件
2
目标，如温度分布、燃烧效率等。
确定模拟区域的边界条件，如进口流
速、温度分布等。
3. 建立数值模型
基于燃烧动力学方程和流体力学方程，
4. 求解模拟方程
4
建立非预混燃烧模型。
使用数值方法，求解模拟方程，得到 燃烧过程的数值解。
非预混燃烧模拟案例分析
《非预混燃烧模拟》PPT 课件
本课件介绍了燃烧模拟的基本概念和非预混燃烧的基本原理，以及与传统燃 烧方式的区别和优缺点。
燃烧模拟介绍
燃烧模拟是使用计算机模型和数值方法，对燃烧过程进行模拟和分析的技术。通过模拟燃烧反应、燃烧 产物的生成和传输等过程，可以对燃烧装置的性能进行预测和优化。
非预混燃烧的基本原理
非预混燃烧是指燃料和氧化剂在燃烧之前不进行充分的混合，而是在燃烧区 域内同时喷射燃料和氧化剂。燃料和氧化剂在燃烧过程中发生混合，形成可 燃混合物，然后燃烧。
非预混燃烧与传统燃烧的区别
与传统燃烧方式相比，非预混燃烧具有以下特点：1）燃烧反应发生在燃烧区域内，不需要预先混合；2） 燃料和氧化剂的比例可以调整，以满足不同的燃烧需求；3）燃烧效率高，燃料的利用率提高。
非预混燃烧的优缺点
1 优点
2 缺点
1）适用范围广，可用于不同类型的燃烧 装置；2）燃烧效率高，能量利用率提高 ；3）减少了烟气的产生，对环境友好。
1）燃烧过程复杂，需要准确的参数计算 和模拟；2）燃烧区域内温度高，对材料 耐受性要求高；3）燃烧稳定性差，需要 对喷射条件和燃烧控制进行精确调节。
非预混燃烧模拟方法及步骤
燃烧器内的火焰分布
PDF输运方程模型模拟燃烧实例简析
PDF输运方程模型模拟燃烧实例简析作者：李中朋李泽宇马强来源：《科技资讯》 2015年第9期李中朋李泽宇马强（中国石油大学(华东) 山东青岛 266580）摘要:现如今环境污染日益剧烈,尤其是空气污染更是严重影响人们的日常生活。
我们知道空气中的污染物大部分来自化石能源的燃烧排放,如何找到一种最优化的燃烧方式成为了研究的新课题。
商业软件Fluent就给我们提供了一种非常好的思路,通过对燃烧过程的模拟,可以更好地了解燃烧过程,从而通过前期设计控制最终排放达到环境保护的目的。
关键词:环保模拟燃烧 PDF输运 Fluent中图分类号:TK16 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)03(c)-0240-01谈到CFD软件,我们总会想起FLUENT,它拥有丰富的物理模型这使其应用非常广泛,从机翼空气流动到熔炉燃烧,从鼓泡塔到玻璃制造,从血液流动到半导体生产,从洁净室到污水处理工厂的设计,另外软件强大的模拟能力还扩展了在旋转机械、气动噪声、内燃机和多相流系统等领域的应用。
其中燃烧模型是FLUENT软件优于其它CFD软件的最主要的特征之一,它包含多种燃烧模型、辐射模型及与燃烧相关的湍流模型,适用于各种复杂情况下的燃烧问题,包括固体火箭发动机和液体火箭发动机中的燃烧过程、燃气轮机中的燃烧室、民用锅炉、工业熔炉及加热器等。
今天,全球数以千计的公司得益于FLUENT的这一工程设计与分析软件。
在模拟燃烧领域Fluent软件有可以模拟大多数气相燃烧问题的气相燃烧模型、可以模拟分散相燃烧问题的分散相燃烧模型,可以模拟绝大多数情况下的NOx生成问题和烟尘生成问题的污染模型以及热辐射模型。
其中气相燃烧模型又包含PDF模型、非平衡反应模型、预混燃烧模型。
下面我们就通过一个实例来具体了解一下PDF输运方程模型模拟燃烧的大致过程。
该算例的目的用来展示使用PDF输运模型设置和求解火焰的步骤,算例相对简单,燃烧室为轴对称结构,具体尺寸如图1。
第14章 非预混燃烧模拟
第十四章非预混燃烧模拟Chapter 14. Modeling Non-Premixed Combustion在非预混燃烧中，燃料和氧化剂以相异流进入反应区。
这与预混燃烧系统截然不同。
在预混燃烧系统中，反应物在燃烧以前以分子水平混合。
非预混燃烧的例子包括甲烷燃烧、粉煤炉和内部燃烧柴油（压缩）发动机。
在一定假设条件下，热化学可被减少成一个单一的参数：混合分数。
混合分数，用f表示，是来自燃料流的质量分数。
换句话说，混合分数就是在所有组分（CO2、H2O、O2等）里，燃烧和未燃烧燃料流元素（C、H等）的局部质量分数。
因为化学反应中元素是守恒的，所以这种方法极好。
反过来，质量分数是一个守恒的数量，因此其控制输运方程不含源项。
燃烧被简化为一个混合问题，并且与近非线性平均反应率相关的困难可以避免。
一经混合，即可用层流小火焰（laminar flamelet）模型将化学反应模拟成为化学平衡或近化学平衡。
模型包括以下几个部分：14.1：平衡混合分数／PDF模型（Description of the Equilibrium Mixture Fraction/PDF Model）；14.2：非预混平衡化学反应的模拟方法（Modeling Approaches forNon-Premixed Equilibrium Chemistry）；14.3：非预混平衡模型的用户输入（User Inputs for the Non-Premixed Equilibrium Model）；14.4：层流小火焰模型（The Laminar Flamelet Model）；14.5：在prePDF数据库中添加新种类（Adding New Species to the prePDF Database）；14.1：平衡混合分数／PDF模型非预混模拟方法包括解一或两个守恒量（混合分数）的输运方程。
不解单个组分方程。
取而代之的是每个组分的浓度用预混分数场得到。
FLUENT算例-(9)模拟燃烧
计算流体力学作业FLUENT模拟燃烧1所示，燃烧筒壁上嵌有三块厚为0.0005 m的小喷嘴，甲烷以60 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 ×103o假定燃料完全燃烧并转换为CH4+2θ2fCO2+2H2O反应过程是通过化学计量系数、形成焰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NoX含量6、使用场函数计算器进行No含量计算一、利用GAMBlT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GAMBΓΓ(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(5)创建燃烧筒壁面、隔板和出口②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、H0、OPʌ PK IJ、JQ、QR、RK、KL、LS、ST、TM、MN、NBo(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 Ratio5Radio 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，假设线段方向由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。
内燃动力装置燃烧与热力学循环虚拟仿真实验报告
内燃动力装置燃烧与热力学循环虚拟仿真实验报告一、前言内燃动力装置是现代机械工程中的重要组成部分，其燃烧与热力学循环是内燃动力装置的核心。
为了更好地理解内燃动力装置的运行原理，本实验采用虚拟仿真技术，模拟了内燃动力装置的燃烧与热力学循环过程，并进行了详细的实验报告。
二、实验目的1. 深入了解内燃动力装置的工作原理及其关键技术；2. 熟悉虚拟仿真技术在机械工程领域中的应用；3. 掌握内燃动力装置的燃烧与热力学循环过程；4. 分析不同参数对内燃动力装置性能的影响。
三、实验原理1. 内燃动力装置的基本结构：由气缸、活塞、曲轴等组成；2. 内部循环过程：进气、压缩、点火、爆发和排气等五个阶段；3. 理论循环过程：由四个阶段组成，即吸气、压缩、膨胀和排气；4. 热力学循环过程：由等压、等容、等温和绝热四个过程组成。
四、实验内容1. 模拟不同参数下的内燃动力装置的燃烧与热力学循环过程；2. 分析不同参数对内燃动力装置性能的影响；3. 记录实验数据，分析实验结果。
五、实验步骤1. 打开虚拟仿真软件，选择内燃动力装置模型；2. 设置不同参数，如进气量、点火时间和排气量等；3. 开始模拟，记录数据并分析结果。
六、实验结果1. 不同参数下的内燃动力装置性能表现不同；2. 进气量越大，功率越大；点火时间越早，功率越大；排气量越小，功率越大；3. 内部循环过程和理论循环过程存在差异，但总体上保持一致；4. 理论循环过程中膨胀阶段对性能影响最大。
七、实验分析1. 内部循环过程和理论循环过程存在差异的原因是内部循环过程中存在一定的能量损失；2. 理论循环过程中膨胀阶段对性能影响最大的原因是在此阶段内燃动力装置向外做功，产生了较大的压力；3. 实验结果表明，进气量、点火时间和排气量是影响内燃动力装置性能的重要因素。
八、实验总结本次虚拟仿真实验通过模拟内燃动力装置的燃烧与热力学循环过程，深入了解了内燃动力装置的工作原理及其关键技术。
【化学】fluent物质输送和有限速率化学反应
【关键字】化学第十三章物质输送和有限速率化学反应FLUENT可以通过求解描述每种组成物质的对流、扩散和反应源的守恒方程来模拟混合和输运，可以模拟多种同时发生的化学反应，反应可以是发生在大量相（容积反应）中，和/或是壁面、微粒的表面。
包括反应或不包括反应的物质输运模拟能力，以及当使用这一模型时的输入将在本章中叙述。
注意你可能还希望使用混合物成分的方法（对非预混系统，在14章介绍）、反应进程变量的方法（对预混系统，在15章介绍），或部分预混方法（在16章介绍）来模拟你的反应系统。
见12章FLUENT中反应模拟方法的概述。
本章中的分为以下章节：●13.1 容积反应●13.2 壁面表面反应和化学蒸汽堆积●13.3 微粒表面反应●13.4 无反应物质输运13．1 容积反应与容积反应有关的物质输运和有限速率化学反应方面的信息在以下小节中给出：●13.1.1 理论●13.1.2 模拟物质输运和反应的用户输入概述●13.1.3 使能物质输运和反应，并选择混合物材料●13.1.4 混合物和构成物质的属性定义●13.1.5 定义物质的边界条件●13.1.6 定义化学物质的其他源项●13.1.7 化学混合和有限速率化学反应的求解过程●13.1.8 物质计算的后处理●13.1.9 从CHEMKIN导入一个化学反应机理13.1.1 理论物质输运方程当你选择解化学物质的守恒方程时，FLUENT通过第种物质的对流扩散方程预估每种物质的质量分数，Yi。
守恒方程采用以下的通用形式：（13.1-1）其中是化学反应的净产生速率（在本节稍后解释），为离散相及用户定义的源项导致的额外产生速率。
在系统中出现N种物质时，需要解N-1个这种形式的方程。
由于质量分数的和必须为1，第N种物质的分数通过1减去N-1个已解得的质量分数得到。
为了使数值误差最小，第N种物质必须选择质量分数最大的物质，比如氧化物是空气时的N2。
层流中的质量扩散在方程13.1-1中，是物质的扩散通量，由浓度梯度产生。
大气式燃烧器
第七章 大气式燃烧器第一节 大气式燃烧器的构造及特点一、大气式燃烧器的构造及工作原理根据部分预混燃烧方法设计的燃烧器称为大气式燃烧器，其一次空气系数01α'<<。
(一)引射器g 0.0036L d μ= (7-1) 式中 g L ——圆形喷嘴的流量(3m /h )；μ——喷嘴流量系数，与喷嘴的结构形式、尺寸和燃气压力有关，用实验方法求得； d ——圆形喷嘴直径(mm)； H ——燃气压力(Pa)；s ——燃气的相对密度(空气＝1)。
(二)燃烧器头部第二节大气式燃烧器的头部计算一、火孔尺寸大气式燃烧器常用设计参数表7-1二、火孔深度六、锅支架高度七、火孔燃烧能力及火孔总面积火孔能稳定和完全燃烧的燃气量称为火孔的燃烧能力。
通常用火孔热强度p q 或燃气空气混合物离开火孔的速度p v 来表示火孔的燃烧能力。
()p6p 0101l H v q V α-='+ (7-2)式中 p q ——火孔热强度(kW/mm 2)；l H ——燃气低热值(kJ/Nm 3)；α'——一次空气系数；0V ——理论空气需要量(m 3/m 3)；p v ——火孔出口气流速度(Nm/s)。
60p p(1)10l Q V F H v α'+=(7-3)式中 p F ——火孔总面积(mm 2)；Q ——燃烧器热负荷(kW)；p v ——火孔出口气流速度(Nm/s)，按表7-1或有关设计手册查得。
p pQF q =(7-4)式中 p q ——火孔热强度(kW/mm 2)，按表7-1或有关设计手册查得。
八、燃烧器头部的静压力2p1p0mix 2v P ζρ∆= (7-5)式中 1P ∆——流动阻力损失(Pa)；p v ——火孔出口气流速度(Nm/s)；0mix ρ——在标准状态下燃气-空气混合物的密度(kg/Nm 3)；p ζ——火孔阻力系数。
2p p 2p1μζμ-=(7-6)式中p μ——火孔流量系数，按式(2-5)取用。
chemkin模拟稳态一维层流
-一维层流火焰在预混燃料-氧化剂混合物中传播是最简单的燃烧现象之一。
在此火焰中，化学动力学以及能量和组分扩散输运起重要作用。
描述一维预混火焰的方程组是：压力为常数的条件下的质量守衡，能量守恒，组分守恒以及理想气体状态方程。
虽然守恒方程和状态方程提供了缓燃的未燃气体和已燃状态之间的关系，但不能惟一确定层流火焰速度，其准确解惟独通过数值积分才干获患上。
本实验考察层流火焰的传播速度以及与燃烧参数如燃料类型、化学配比、压力及未燃气体的温度的关系。
采用 Chemkin自带的实例 flame_speed_freely_pripagating.ckprj 〔甲烷- 空气火焰传播速度〕。
摹拟绝热、大气压力、自由传播、化学当量混合甲烷- 空气预混合燃烧火焰的传播速度。
摹拟计算中不考虑 NO*形成，仅采用甲烷- 空气骨架燃烧机理。
火焰用详细轴向温度分布做定温计算。
设置火焰温度〔在入口温度到峰值温度间〕，通过调节反响器部的计算区域，来获患上预热到反响完整过程，保证初始温度变化曲线足够平整〔温度梯度为 0〕，计算报表反响火焰传播速度。
今启动 Ckemkin今点击 Open Project今双击 samples今单击 flame_speed_freely_propagating.ckprj今单击 Select 按钮今双击左侧浏览器中的 Pre-Processing 选项今在弹出的新窗口中，点击 Run Pre-Processon 按钮，①View Results...按钮可用；②左侧浏览器中浮现 Run Model 选项今可(选)点击 View Results...按钮，可查看甲烷的气相反响机理温和相传递数据。
今双击右侧浏览器中的 Run Model 选项，出现 Run Model(flame_speed_freely_propagating窗)口。
今点击 Create Input File 按钮， Run Model 按钮可用。
Fluent燃烧模型
Fluent燃烧模型Fluent软件中包含多种燃烧模型、辐射模型及与燃烧相关的湍流模型，适用于各种复杂情况下的燃烧问题，包括固体火箭发动机和液体火箭发动机中的燃烧过程、燃气轮机中的燃烧室、民用锅炉、工业熔炉及加热器等。
燃烧模型是FLUENT软件优于其它CFD软件的最主要的特征之一。
下面对Fluent软件的燃烧模型作一简单介绍：一、气相燃烧模型·有限速率模型这种模型求解反应物和生成物输运组分方程，并由用户来定义化学反应机理。
反应率作为源项在组分输运方程中通过阿累纽斯方程或涡耗散模型。
有限速率模型适用于预混燃烧、局部预混燃烧和非预混燃烧。
应用领域：该模型可以模拟大多数气相燃烧问题，在航空航天领域的燃烧计算中有广泛的应用。
PDF模型该模型不求解单个组分输运方程，但求解混合组分分布的输运方程。
各组分浓度由混合组分分布求得。
PDF模型尤其适合于湍流扩散火焰的模拟和类似的反应过程。
在该模型中，用概率密度函数PDF来考虑湍流效应。
该模型不要求用户显式地定义反应机理，而是通过火焰面方法(即混即燃模型)或化学平衡计算来处理，因此比有限速率模型有更多的优势。
应用领域：该模型应用于非预混燃烧（湍流扩散火焰），可以用来计算航空发动机的环形燃烧室中的燃烧问题及液体/固体火箭发动机中的复杂燃烧问题。
非平衡反应模型层流火焰模型是混合组分/PDF模型的进一步发展，从而用来模拟非平衡火焰燃烧。
在模拟富油一侧的火焰时，典型的平衡火焰假设失效。
该模型可以模拟形成Nox的中间产物。
应用领域：该模型可以模拟火箭发动机的燃烧问题和RAMJET及SCRAMJET的燃烧问题。
预混燃烧模型该模型专用于燃烧系统或纯预混的反应系统。
在此类问题中，充分混合的反应物和反应产物被火焰面隔开。
通过求解反应过程变量来预测火焰面的位置。
湍流效应可以通过层流和湍流火焰速度的关系来考虑。
应用领域：该模型可以用来模拟飞机加力燃烧室中的复杂流场模拟、气轮机、天然气燃炉等。
正十六烷引燃甲烷预混合气可视化实验研究
正十六烷引燃甲烷预混合气可视化实验研究
崔泽川;张晓磊;银硕;郁晓健;田江平;隆武强
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2024(45)2
【摘要】为探究环境温度、甲烷预混时间以及引燃燃料喷射压力对正十六烷引燃甲烷预混合气着火及火焰传播特性的影响,本文利用高速摄影技术及阴影拍摄方法,基于定容光学测试系统进行了可视化实验。
研究结果表明:提高环境温度,引燃燃料滞燃期缩短,火焰发展速率增加并出现主燃区外预混合气局部着火;预混时间较短时,燃烧产生的碳烟较多,火焰发展速率随混合时间的增加而减小,当预混时间较长时,火焰发展速率趋于稳定;提高引燃燃料喷射压力,引燃燃料喷雾贯穿距离增大,滞燃期缩短,起始着火点位置发生变化,火焰发展速率增加。
【总页数】7页(P284-290)
【作者】崔泽川;张晓磊;银硕;郁晓健;田江平;隆武强
【作者单位】大连理工大学内燃机研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TK4
【相关文献】
1.正十六烷和亚油酸甲酯-正十六烷系统凝固过程的分子动力学模拟
2.用Tri-Carb 3100TR液体闪烁计数器测量~3H(正十六烷)、~(14)C(正十六烷)液体闪烁猝灭系
列源的活度3.甲烷在正癸烷──正十六烷和正庚烷──甲苯混合溶剂中的溶解度4.正三十六烷与正十八醇氧化热动力学实验测试研究和相关讨论
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16.部分预混燃烧的模拟FLUENT提供了一个模拟部分预混燃烧的模型，它是基于14章讲述的非预混燃烧模型和15张讲述的预混燃烧模型的。
关于部分预混燃烧模型按以下章节介绍：16.1概述和局限16.2理论16.3使用部分预混模型16.1概述和局限16.1.1概述部分预混燃烧系统，是带有不均匀燃料——氧化剂的混合物的预混燃烧火焰。
这种部分预混火焰的情形如，预混的混合物喷射到静止的大气中，带有扩散引导火焰或者冷却气喷嘴的贫油预混燃烧，以及不完整的混合进口的贫油预混燃烧室。
FLUENT提供的部分预混模型是非预混模型（14章）和预混模型（15章）的简单结合。
预混反应进度变量c，决定火焰前锋的位置。
在焰锋后（c＝1），混合物是燃尽的，所以采用平衡或者…..的求解方案；在焰锋（c＝0）前，组份质量分数、温度、密度通过未燃烧混合物计算。
火焰内部（0<c<1），未燃物和已燃物采用线性处理。
16.1.2局限非预混和预混模型的基本理论、假设以及各自的局限，直接应用于部分预混模型。
特别地，single-mixture-fraction方法只适用于两个进口的情况，这2进口可以是纯燃料、纯氧化剂，或者燃料和氧化剂的混合物。
two-mixture-fraction模型的情况下，进口数目限制延展到三个，但是将带来较大的计算量。
更多信息，请参考14.1.1和15.1.2。
16.2理论部分混合模型，通过求解一个输运方程来求平均反应进度（以决定焰峰的位置），和混合物组份方程和。
火焰前方（c＝0），燃料和氧化剂是混合的但未燃烧，火焰后边（c＝1）混合物是燃尽了的。
16.2.1标量的计算平均标量（如组份质量、温度和密度），用表示示，是通过计算f和c的概率密度函数（PDF）：在薄火焰的假设下，于是只有未燃反应物和已燃产物存在，平均标量取决于这里下标b和u分别表示已燃和未燃。
已燃部分的标量，φb，是混合物的函数，通过组分燃料质量f和氧化剂质量（1－f）并使混合物平衡φb。
当非绝热混合物和／或考虑层流的时候，φb依然是热焓和／或应力的函数，但是这并不改变基本公式。
未燃部分的标量，φu，类似地通过组合燃料质量f和氧化剂质量（1－f）来计算，但是混合物没有反应。
就像非预混模型一样，化学计算和为已燃混合物PDF，在prePDF里面执行，FLUENT已经构建了向上层工作台供使用。
在未燃混合物里忽视了湍流波动（PDF）和非绝热的影响，所以平均未燃物的标量只是的函数。
这些假设对大多数部分预混燃烧了流动是有效的，做这些假设是为了减少内存需求。
未燃的密度、温度、组份质量百分数、比热和热扩散（指示φ）在prePDF里面用最小二乘法拟合成的三阶多项式。
由于未燃物标量是平滑变化、并是的缓慢变化函数，这些多项式拟合通常很精确。
在prePDF里面，用户有权改变这些多项式，如果你要改变它们。
16.2.2层流火焰速度反应进度模型需要层流火焰速度（公式15.2-4），层流火焰速度取决于混合物组份、温度以及压力。
对很好地预混合系统如15章里的，反应流有一种混合物，层流火焰速度在整个火焰域里近似为常数。
然而，在部分预混系统里，层流火焰传播速度将随着反应混合物（平很比）的变化而变化，这种变化必须考虑。
精确的层流火焰速度理论上很难确定，通常是通过试验或者一维摸拟计算出来。
prePDF使用拟合曲线Goyygens［89］来获得层流火焰速度。
这些曲线是为氢气、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷和丙烷燃烧火焰设计的。
进口油气比从贫油极限到化学恰当比、未然物温度从298k到800k，压力从1到40bars的情况下，这些假设都是有效的。
prePDF把曲线拟合成为分段线性多项式。
富油极限和贫油极限下的油气比也可以确定，并转化为混合物百分比。
混合物如果比贫油极限更贫油或者比富油极限更富油的话，将不会燃烧，将出现0火焰速度。
这要求输入数值10倍层流火焰速度。
层流火焰速度的最小和最大的极限就是输入的第一个和最有一个数值。
！！这些火焰速度对于燃料是纯H2, CH4, C2 H2, C2 H4, C2 H6, 和C3 H8是比较精确的。
如果氧化剂不是空气或者有其它的的燃料，那么这种曲线拟合是不正确的。
虽然prePDF缺损是甲烷空气混合物，层流火焰速度多项式和富油或者贫油状态下最可能不正确。
层流速度多项式应该由其它项决定，比如别的一些相关文献介绍的测量方法或者详细的1维模拟，然后输入到prePDF。
16.3使用部分预混燃烧模型设置和求解部分预混燃烧问题，结合部分非预混和部分预混的设置。
16.3.1中给出了这个过程的大致轮廓，同时还有相应的关于到预混和非预混章节里去查询细节的相关信息。
部分预混燃烧模型的特殊的输入，在16.3.1和16.3.2中介绍。
16.3.1设置和求解步骤1、用prePDF生成一个PDF的查询表。
你可以跟着非预混燃烧章节里，14.3.1或者14.4.6讲述的步骤进行设置，在define case面板里，打开partially premixed model选项。
Setup Case...！！如果prePDF有警告你，在查询计算阶段，任何关于计算层流火焰速度的函数、计算未燃密度、温度、比热和热扩散率的参数，超出范围的参数都是有效的，你必须在保存PDF文件前改变多项式系数或者分段线性点的系数。
Display Partially Premixed Properties...细节请参阅16.3.2。
2、读入网格文件到FLUENT，并设置好其它你计划采用的与部分预混燃烧模型相关的模型（湍流、辐射等）3、激活部分预混燃烧模型（a）打开Species Model 面板里的Partially Premixed Combustion 模型。
Define Models Species...（b）如果必要，改变Species Model面板里的Model Constants（模型常数）。
这些对于预混燃烧模型来说是永恒的常数，很多情况下，你不必改变他们的缺损值。
详细情况参见15.3.2 （c）点击Species Model面板上的OK后，指定包含你在prePDF里生成的查询图表的PDF 文件名，并把它读入FLUENT。
4、定义计算域内未燃物质的物理特性Define Materials...FLUENT将自动地为层流火焰速度选择prepdf-polynomial 函数，指示PDF的查询表的分段线性多项式函数将用来计算层流火焰速度。
有可以选择用户自定义函数而不是分段线性多项式函数。
参见15.3.4，有关于设定未燃物的其它特性的详细资料。
5、设定进出口的火焰进度变量（c）和平均混合物百分数（）和其变异（）。
（对于那些包含多个进口的，你必须为平均次要进口部分分数定义边界条件以及其变异量）Define Boundary Conditions...参见14.3.3节，查看关于指导如何设定混合物分数和变异量条件，以及进口热流量和速度进口。
！！如果你在PDF里面定义燃料为进口预混组分，那么你应该设定set 和。
如果第定义的是纯燃料，那么你必须设定正确的化学恰当比( )，和进口处的。
6、初始化进展变量Solve Initialize Patch...详见15.3.6节。
7、求解物理问题并执行后处理参见14.3.3节，详见关于设定求解参数的指导。
（这些指导是为非预混燃烧计算的，但是也相应适合于部分预混燃烧）。
16.3.2在prePDF里改变未燃物组分的特性多项式对于未燃物，prePDF计算温度、密度、热容量、热扩散作为平均组分百分数的函数，（公式16.2-3）和层流火焰速度作为的分段多项式函数。
未燃物温度，密度，热容，热扩散是通过CHEMKIN数据库［125］里的热动力和输运特性计算的。
由于它们都是平滑的和的缓慢变化的函数，所以多项式拟合的处理通常非常精确。
但是，就像在16.2节里说的，层流火焰速度取决于化学动力学的细节和分子输运特性，不是直接在prePDF里计算得来。
相反，详细模拟得到的火焰速度，做了曲线拟合。
这些拟合只局限于这些燃料H2, CH4, C2 H2, C2 H4, C2 H6, 和C3 H8，空气为氧化剂，贫油极限恰当比为1，未燃物温度从298～800k，压力从1～40bar。
如果拟的参数调在这些范围外，prePDF将会在你计算查询表时警告你。
在这种情况下，必须在部分预混模型特性面板（图16.3.1）里改变分段线性点的的取值，然后再保存PDF文件。
Display Partially Premixed Properties...图16.3.1：prePDF里的部分预混模型特性面板对每一个的多项式函数（密度，温度，比热和热扩散），你可以指定c0、c1、c2和c3的值（公式16.2-3里的多项式系数）。
也可以对10个不同点指定分段线性混合物百分数（f）和相应的层流火焰速度（sl）。
第一个指定的点是下限，最后一点是上限。
在上下限范围以外，层流火焰速度是常数并等于极限值。
同时注意，你可以为层流火焰速度选择用一个用户自定义函数，这时分段线性拟合就是无关的了。