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《数值计算与工程仿真》专刊—FLUENT HELP 算例精选中文版（二） 算例13 使用非预混燃烧模型 引言 煤粉燃烧的模拟包括气相连续流场的建模和它与煤粒非连续相的作用的建 模。穿过气体的煤粒会挥发燃烧并成为与气相反应的燃料源。反应可以用组份 输运模型（the species transport ）或模型（the non-premixed combustion ）模拟， 在本指南中你将用非预混燃烧模型模拟简单煤粉燃烧炉中的化学反应。 在本指南中你将学会： 1.怎样用prePDF 预处理程序为煤粉燃料准备 PDF 表格。 2.怎样为非预混燃烧化学模型定义输入条件。 3.怎样定义煤粒的非连续相。 4.怎样解决包含非连续相煤粒的反应的模拟。 非预混燃烧模型用这样的一种建模方法：用一个或二个守恒量，即混合分 数求解输运方程。多种化学组份，包括基团和中间产物组份可能被包含在对问 题的定义当中，而且它们的浓度将来至于混合分数分布的预测。组份的特性参 数是通过化学数据库获得。湍流化学反应是用 Beta 或者双 delta 概率密度函数 来模拟的。关于非预混燃烧模拟方法的更多细节请参看使用手册。 前提条件 本指南是建立在你已经熟悉 FLUENT 的菜单结构并且已经做完指南 1 的基 础上的。因此在建立过程中的一些步骤和解决过程将被省略。 问题描述 本指南中用的煤燃烧系统为一简单的 10m*1m 的二维管道，如图 13.1 所示。 因为是对称的，所以只模拟宽度方向上的一半区域。2D 管道的进口分为两股流 动。管道中心附近的高速流速度为 50m/s，宽度为 0.125m 。另一股流的速度为 15m/s，宽度为 0.375m.两股流都为 1500K 的空气。煤粒在高速流的附近以 0.1kg/s —151 — www.myCFD.cn 《数值计算与工程仿真》专刊—FLUENT HELP 算例精选中文版（二） （炉膛中的总流量为0.2kg/s ）的质量流量进入炉膛。管壁的温度为常数 1200K。 在进口尺寸和平均入口速度有关的雷诺数大约为 1000000，所以，流动为湍流。 关于煤的成分的祥细资料和粒径分布在第五步：Models:连续相（气）和第八步： Materials:非连续相中介绍。 图 13.1： 两维煤粉燃烧炉 prePDF 的准备 1. 打开 prePDF 当用非预混燃烧模型时，你需要用预处理程序prePDF 准备一份 PDF 文档。 PDF 文档包含混合分数的浓度和温度值相关的信息。在 FLUENT 解决问题 的过程中将需要用到这些信息。 第一步：在prePDF 中定义初步的绝热系统 1.定义 prePDF 模型类型 你可以定义一个单一的燃料流，也可以定义一个燃料流加上一个二次流。 —152 — www.myCFD.cn 《数值计算与工程仿真》专刊—FLUENT HELP 算例精选中文版（二） 定义二次流能够让你跟踪到两股混合分数。对于煤燃烧，这样做可以使你跟踪 从碳（燃料流）分离出来的挥发份物质（二次流）。在本指南中，我们不采用这 种方法。我们用单一的混合分数来模拟煤。 Setup Case... (a)在 Heat transfer options 下保持 Adiabatic 的默认设置 本指南中研究的煤燃烧器是非绝热系统，燃烧器壁上有热量的传递，还有 热量从气体传到煤粒。在 prePDF 中，我们必须考虑成非绝热系统。 因为非绝热系统的计算比绝热系统要耗时，因此在一开始设置 prePDF 时可 以将结果考虑成绝热系统。通过计算绝热系统的PDF 化学反应结果，你可以选 取适当的系统参数以便让非绝热系统的计算更高效。特别地，绝热计算可以提 供绝热火焰温度的信息、符合化学当量比的混合分数和个体成分对化学系统的 —153 — www.m