FLUENT系列资料1之燃烧器内甲烷和空气的燃烧

燃烧器内甲烷和空气的燃烧问题描述这个问题在图1中以图解的形式表示出来。

此几何体包括一个简化的向燃烧腔加料的燃料喷嘴，由于几何结构对称可以仅做出燃烧室几何体的1/4模型。

喷嘴包括两个同心管，其直径分别是4个单位和10个单位，燃烧室的边缘与喷嘴下的壁面融合在一起。

图1：问题图示本题涉及到：一、利用GAMBIT建立燃烧器计算模型（1）在GAMBIT中画出燃烧器的图形；（2）对各条边定义网格节点的分布；（3）在面内创建网格；（4）定义边界类型；（5）为FLUENT5/6输出网格文件。

二、利用FLUENT-3D求解器进行求解（1）读入网格文件；（2）确定长度单位：mm；（3）确定流体材料及其物理属性；（4）确定边界类型；（5）计算初始化并设置监视器；（6）使用非耦合、隐式求解器求解；（7）利用图形显示方法观察流场、压力场与温度场。

一、利用GAMBIT建立计算模型启动GAMBIT。

第一步：选择一个解算器选择用于进行CFD计算的求解器。

操作：Solver -> FLUENT5/6第二步：生成两个圆柱体1、生成一个柱体以形成燃烧室操作：GEOMETR->VOLUME -> CREATE VOLUME R打开Create Real Cylinder窗口，如图2所示图2：生成圆柱对话框a)在柱体的Height中键入值1.2。

b)在柱体的Radius 1中键入值0.4。

Radius 2的文本键入框可留为空白，GAMBIT将默认设定为Radius1值相等。

c)选择Positive Z（默认）作为Axis Location。

d)点击Apply按钮。

2、按照上述步骤以生成一个Height =2，Radius 1 =1并以positive z为轴的柱体。

3、点击在Global Control工具栏左上部的FIT TO WINDOW命令按钮，去观察柱体的生成。

这两个柱体在图3中示出，按住鼠标左键并拖动它以观察视图的旋转。

你可以按下鼠标右键并把鼠标沿靠近或远离你的方向拖动以放大或缩小视图。

图3：两个圆柱4、移动生成的第一个柱体以使它在大柱体的前面。

操作：GEOMETRY -> VOLUME -> MOVE/COPY/ALIGN VOLUMES 这将打开Move / Copy Volumes窗口图4：移动、拷贝对话框a)shift+左键选中视图窗中的小柱体b)在Move / Copy Volumes窗口中的Volumes下选择Move（默认）。

c)在Operation下选择Translate（默认）。

d)键入Global移动矢量点为（0，0，0.8）以把小柱体沿z方向移动8个单位。

你可以看到GAMBIT在你向Global键入值时会自动在Local下填入值。

e)点击Apply。

这两个柱体如图5所示。

可以看到小柱体已被从大柱体的后部移到前部。

图5：移动小柱体后的两个柱体第三步：从大柱体中扣除小柱体通过由一个柱体中扣除另一个的方法来生成一个体积操作：GEOMETRY-> VOLUME-> BOOLEAN OPERATIONSR打开Subtract Real Volumes窗口图6：扣除对话框a)在图形窗口中shift+左键选中大柱体。

b)把焦点移到Subtract Volume条框中，选中小柱体。

这个选择顺序将会保证小柱体被从大柱体中扣除而不是反之。

第四步：阴影化和旋转视图1.在Global Control工具条的中下部点击RENDER MODEL命令按钮以生成体积的阴影图。

2.按下鼠标左键并拖动鼠标以旋转视图，并观察在大柱体中生成的柱体洞（见图7）图7：显示大圆柱的洞的阴影几何结构3.要返回到非阴影图，右击Global Control工具栏中的RENDER MODEL命令钮,并从弹出条框中选。

第五步：去掉柱体的3/4在这一步中，可以生成一个和圆柱体相交的方形体。

柱体的3/4将会被去掉，留下得体积作为燃烧室的入口。

1.生成和已有柱体相交的方体。

操作：GEOMETRY -> VOLUME -> CREATE VOLUMER打开Create Real Brick窗口。

a)为方体的Width键入值2.1。

Depth和Height可以被留为空白，GAMBIT将默认它们和Width相等生成一个正方体。

b)Direction为+X +Y +Z（默认）。

c)点击Apply。

图9显示了柱体和方体图8：生成方体对话框图9：方体和柱体2.交叉方体和柱体操作：GEOMETRY -> VOLUME -> BOOLEAN OPERATIONSR打开Intersect Real Volumes窗口。

图10：合成体积对话框a)shift+左键在图形窗口中选中方体。

b)在图形窗口中选定柱体。

c)点击Apply来接受选择。

当你交叉两个体积的时候选定它们的顺序是无关紧要的。

柱体会被修正以使方形内的体积保留下来，如图11所示。

图11：柱形剩下的1/4第六步：生成燃烧室的腔体1.为腔体生成一个方体。

操作：GEOMETRY -> VOLUME -> CREATE VOLUME打开Create Real Brick窗口图12生成方体对话框a)键入方体的Width为2，Depth为3，Height为4。

b)通过选择Direction右边的菜单选项，改变Direction为+X +Y -Z。

c)点击Apply。

2.点击Global Control工具条顶部的FIT TO WINDOW按钮来观察生成的方体。

3.合并方体和柱体为一个整体。

操作：GEOMETRY ->VOLUME->BOOLEAN OPERATIONS R打开Unite Real Volumes窗口。

图13：合并方体和柱体a)shift+左键在图形窗口选中柱体。

b)选中方体并点击Apply来接受选择。

当你合并两个体积的时候选定它们的顺序是无关紧要的。

方体会和柱体如图14一样的合并在一起。

图14：连接在一起的方体和柱体第七步：融合腔体的边1.融合腔体的两个边以形成一个更光滑的形状。

操作：GEOMETRY -> VOLUME -> BLEND VOLUMES 打开Blend Volumes窗口图15：融合腔体对话框a) 在Define Blend Types下点击Edge钮打开Edge Blend Type窗口图16：选择融合边对话框ⅰ、shift+左键选中要融合的两个边，如图17所示。

ⅱ、在Edge Blend Type窗口中Options下选择Constant radius round（默认）。

ⅲ、在Radius中键入值0.5。

ⅳ、在Edge Blend Type中点击Apply后关闭窗口。

b)在图形窗口中shift+左键选中体积。

c)在Blend Volumes窗口中点击Apply。

具有光滑边界的燃烧室的几何结构如图18所示。

图17 图18：具有光滑边界的燃烧室第八步：几何结构的分解1.在容积中生成一个点操作：GEOMETRY-> VERTEX->MOVE/COPY/ALIGN VERTICES 打开Move / Copy Vertices窗口a)选中在图20中标为A的点。

要放大视图窗中某个面积，按下ctrl键并用鼠标左键在你想要观察的面积处拖出一个框。

b)在Move / Copy Vertices窗口中的Vertices下选Copy。

c)在Operation下选Translate（默认）。

d)在Global下键入矢量（0，0，-0.5）。

e)点击Apply。

这个点在视图窗中显示为在两个融合边相遇处附近的白色×号。

见图22中的点B。

图19：移动、拷贝点图20：要复制的点2.用这个新点生成两个直边。

操作：GEOMETRY -> EDGE -> CREATE EDGE打开Create Straight Edge窗口图21：生成边对话框a)shift+ 左键选中图20中的点A。

图22：为生成边选定的顶点b)依次shift+ 左键选中图22中的点B和C。

c)点击Apply来接受选中的点并生成两个边。

这些边如在图23所示。

图23：两个新的直边3.用这两个新边生成一个面。

操作：GEOMETRY -> FACE -> FORM FACE打开Create Face From Wireframe窗口。

图24：生成面对话框图25：用来生成面的边a)shift+ 左键选中图25中的边D。

b)shift+ 左键选中图25中的边E和F。

c)点击Apply来接受选中的边并生成一个面。

4.由选定的新面生成一个体积并沿一个边定出的方向对它进行扫描。

操作：GEOMETRY->VOLUME->FORM VOLUME R打开Sweep Real Faces窗口a)shift+左键选中视图窗中的新面。

Shift＋中键取消对一个面的选中并选定该面下一个面。

b)左键点击Edge右边的列表框以激活它c)选中图27中标为G的边。

注意：在这个边上将会出现一个红色箭头，指明面应沿这个方向进行扫描。

这个箭头应指向离开被选面的方向，如果不是，点击Sweep Real Faces窗口中的Reverse钮来反转箭头和扫描的方向。

图26：扫描面对话框图27：用于扫描面的边d)点Apply来扫描这个面。

图28：平行于一边扫描平面来生成一个体积5.从相反的方向扫描同一个面a)选中图29中标为H的面b)点击Edge右边的列表框以激活它图29：用于扫描平面的面和边c)选中图29中标为J的面。

d)点击reverse以把这个边的方向反过来。

注意：同样这个边上的箭头应指向背离这个选定面的方向。

e)点击Apply。

通过扫描生成的容积见图30图30：平行于一边扫描平面来生成第二个容积6.用两个小的体积把大的燃烧体分开操作：GEOMETRY -> VOLUME -> SPLIT/MERGE VOLUMES 打开Split Volume窗口。

图31：分体a)选中图形窗中的大的燃烧室几何体图形。

b)用Split With工具选V olume。

c)在Split With Volume右边的列表框中左击以激活它。

d)选中用扫描面法生成的第一个容积。

e)点击Apply。

GAMBIT会用两个小容积（它们是相互连在一起的）去把大燃烧室分成三个小容积，三个容积由共同的几何体相连。

7.去掉多出的容积Split Volume操作产生一个多余外部体积，作为结果，必需手动去除。

操作：GEOMETRY -> VOLUME -> DELETE VOLUMES 打开Delete Volumes窗口图32：删除多余体积a)选中这个多余容积。