fluent炉膛仿真教程文档

炉膛仿真过程及其其中的问题

一、（Gambit）几何建模部分

1.大体尺寸

在本次设计中，（实际标高-5=图中的标高）锅炉的尺寸为：锅炉高度为26890mm，宽度为7570mm，深度为7570mm。

燃烧器的高度为2.105m，最底层的燃烧器低端距冷灰斗距离为2.1775m。

采用四角切圆（顺时针切圆，假想切圆直径0.8m）的均等配风燃烧方式。其中一次风2层，二次风3层。由低到高燃烧器风口布置依次为二、一、二、一、二。燃烧器宽度为0.4m，一次风口高度0.2405m，二次风口高度0.352/0.315m，风口间距为0.21/0.12/0.155m。

2.简化处理

将水冷壁简化成一个恒温平面；

将燃烧器简化成一个平面，各次风口为平面中的一个矩形区域，作为速度入口；

忽略屏式过热器，将折焰角上方与水平烟道相连结的平面作为出口（outflow）。

3.几何建模过程及网格划分

为了方便锅炉的网格划分，我们将整个计算域划分为5个区域：冷灰斗下端至燃烧区域下端、燃烧区域、燃烧区上端至折焰角下端、折焰角区域、折焰角上端至炉膛出口。

3.1点线面的生成

几何建模的方法通常可以是自下而上的，即先生成体的各个点（通过坐标确定位置）；将生成的点依次连接成线；将线围成体的各个面；最后将面组合成一个实体。

当然建模时也可以通过设置实体（面）的长宽高（长宽）直接生成。

3.2实体分割

块的划分方法如下：

先产生一个面，并将该面平移至该实体要切割的位置，split volume选卡中，split with 选择face（real），然后选中要切割的实体（对应split volume中的volume）以及用来切割

这个体的面（对应face栏）（注意：在切割时需要选中Connected，保证切割产生的两个体之间的面是公共面，而不是两个重合的面。因为公共面可以通过物质和能量，而重合的面不加定义时是wall），最后点击APPLY确定。

根据这种方法，我们可以在Z方向将燃烧区分为很多层，方便以后设置一、二次风入口的边界条件。同时，在xy平面燃烧区被分为8份，如图所示：

3.3网格划分

网格划分的最后记结果如图所示：

这种网格的特点是：四个角的地方网格比较密，而中间网格比较稀疏。同时网格线的方向与流动合速度方向重合度比较高。这样的网格划分可以很好的抑制伪扩散的发生。

这种网格的划分步骤如下：

在将区域分块的基础上对实体按照线、面、体的顺序进行依次划分。

Edge的划分：为了形成这种对称的网格，我们需要对edge进行划分，如图所示：

其中，soft link采用maintain形式，Spacing选用Interval count（划分数目）。在本设计中，将每条线均分为30份，即ratio为1，interval count为30，其他保持不变。

Face的划分：由于前面对每条边进行了划分，所以对面的网格划分就只需要设置网格的形式和类型如图所示：

其中，Elements采用Quad形式，Type采用Map形式（映射成结构化网格）。此时不需要对Spacing进行设置了。

Volume的划分：对volume的划分，我们采用Cooper（制桶）方式。采用这种划分方式时，有一点需要注意，就是上下两个Face的网格划分要完全一样，也就是说组成Face的Edge的划分也要一样。如图所示：

其中，Element采用Hex/Wedge形式。Sources表示需要选择制“桶”的上下两个面。Interval count表示两个面之间划分的数目。本设计中，根据风口和墙面的高度进行划分，每个网格高度在0.1m左右。

最后依照上面的方法和步骤对燃烧区的每一层进行这样的网格划分。

对于除了燃烧器区的其他区域的网格划分，要求就比较低一些了。对我们依旧采用COOPER的方式对体进行划分。不过其他地方的Sources是沿y轴方向的两个面（燃烧器区域的sources是沿z方向的）。

最后的网格为：冷灰斗30*30*30；燃烧器30*30*8*（3+2+3+1+3+1+3+2+3）；燃烧器上端至折焰角：50*50*66；折焰角：50*50*16；折焰角上方：40*50*40。最后网格数目大概在480000个，其中燃烧器区域网格为151200个。

3.4交接面处的处理

在划分计算域的时候会涉及到interface的设置。在燃烧区的上下两个端面，我们需要分别将这个面与其相重合的那个面设置成一对interface。因为燃烧器区与相邻的两个实体并

不是通过分割而来，是3个独立的实体，为了能让物质和能量通过该重合的面，需要通过设置interface来实现，如图所示：

由于燃烧器区域上端的xy平面被划分为了8块，所以需要将这8个面一起设置为interface11，然后将与燃烧器区上端重合的面设置为interface12。对于interface21和22的设置和上述一样。

4.边界条件设置

在gambit中需要预先设置边界条件。

将折焰角上方与水平烟道相连接的那个面设置为outflow边界条件。

Interface的设置上面已经说过了，下面我们进行一、二次风入口的设置。根据燃烧器的结构确定各次风口在模型中的位置，然后将边界条件的Type设置成velocity_inlet（速度入口）。名字格式为ofa/pa/sa+两位数字，数字前一位表示在xy平面所处的象限，后一位表示

自高向低同类型风口的层数。如图所示：

二、Fluent仿真过程

0.网格导入、Interface设置以及网格检查

在完成Gambit中的工作后，需要将生成的.msh文件导入到Fluent中。

0.1网格导入、检查以及解法器设置

在General中点击Check完成网格检查（网格检查中不能出现网格体积为负数的情况，否则会出错，需要重新进行稽核建模）。点击Report Quality进行网格质量检查。

在解法器中选择Pressure-Based、Absolute、Steady的情况。勾选Gravity，建立重力场（z=-9.81m/s2），设置如图所示：