煤粉燃烧模拟——湍流破碎模型

煤粉燃烧——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，产物从压力出口流出。

模型建立和求解Step1：网格1、读取mesh文件2、检查网格：grid check3、显示网格：display grida）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-ε湍流模型Define models viscous2、启动能量方程Define models energy3、启动物质输运方程Define models species transport & reactiona）选择model列表中的species transportb）选择reaction列表中的volumetricc）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 model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 discretization （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 scale（步长），设为0.0025c）点击ok，关闭discrete phase面板Step3：injections（喷口）1、v-1入口截面设9个喷口：define injectionsa）点击creat，新建喷口c）9个喷口通用性质，见表c）点击turbulent dispersion，并启动discrete random walk model d）设置喷口的流速和颗粒半径e）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reaction的edit，打开reactions面板，编辑eddy-dissipation 的反应式，如下：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3、设置O2、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.c）2、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use 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Define boundary condition1、入口V-1的设置如下2、入口V-2的设置如下：3、出口P-1的设置如下：4、设置壁面边界条件，温度和内部辐射系数如下：5、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）define models discrete phase4、初始化计算区域Solve initialize initialize5、打开残差监视图Solve monitors residual6、迭代计算100步Solve 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≥100步。

Step9：加入反应流的计算1、启动与连续相的交互作用（interection with continuous phase），设置交互间隔为1步；2、启动体反应（volumetric reactions）；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：6、迭代计算1步；7、保存case和data（coal-ebu-react-start）；8、设置每50步进行DPM交互计算Define models discrete phase9、设置discrete phase sources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≥500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、O2、CO2、H2O、CO和能量为二阶迎风；5、迭代计算≥300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的松弛因子分别设为0.98和0.6。

10、迭代计算2000步；11、保存case和data（名称coal-ebu-final）Step11：后处理1、检查质量平衡以判断收敛性Report fluxesa）从option列表中选择mass flow rateb）从boundaries列表中选择所有区域，并点击compute按钮该数据为净气相的质量流量，负数表明有净气相离开计算区域。

c）关闭flux reports面板Report volume integralsd）从report type列表中选择sume）从field variable列表中选择discrete phase model和DPM mass sourcef）从cell zones列表框中选择fluid，并点击compute按钮这是从离散相煤粉颗粒到气相的净质量传递。

g）关闭volume integrals面板Note：上述两项质量平衡和入口总流量相比需添加一个较小的流量损失。

2、检查净热量传递Report fluxesa）从options列表中选择total heat transfer rate；b）从boundaries列表框中选择所有区域，并点击compute；上述为净气相的热传递。

c）关闭flux reports面板Report volume integralsd）从report type列表中选择sum；e）从field variable列表框中选择。