fluent 氢燃烧 算例
FLUENT算例 (9)模拟燃烧.pptx
⑥ 在 Hydraulic Diameter 项输入燃烧筒直径 0.45
⑦ Species Mass Fractions 项均为常数，且在 O2 项输入 0.22 ⑧ 点击 OK
3
设定燃料进口边界条件
① 在 Zone 项选择 inlet_fuel ② 确定 Type 项为 velocity-inlet ,点击 Set,打开燃料速度入口边界设
② 确定在 Type 项为 velocity-inlet
③ 在 Velocity Magnitude 项输入空气入口速度 0.5 ④ 在 Turbulence Specification Method 项选 Intensity and Hydraulic
Diameter
⑤ 在 Turbulence Intensity 项输入 10
第 3 步 设置边界类型并输出文件
1
设置甲烷速度入口边界
① 在 Action 项为 Add
② 在 Name 项填入边界名 inlet-fuel
③ 在 Type 项选择 WELOCITY_INLET
④ 点击 Edges 右侧黄色区域
⑤ 按住 Shift 键点击 AC 线段
⑥ Apply
2
设置空气速度入口边界
③ 在 Thermal 选项卡中 Thermal Conditions 项 选择 Heat Flux
④ 在 Heat Flux 项保留默认的零值
⑤ 保留其他默认设置，点击 OK
第 5 步 初始化流场并求解
1 设置求解控制参数 ①打开求解控制参数设置对话框，在 Under-Relaxation Factors 项，设
学海无 涯
Fluent 是目前国际上比较流行的商用 CFD 软件包，在美国的市场占有率为 60%，凡 是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先 进的数值方法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气和涡轮 机设计等方面都有着广泛的应用。
fluent仿真速率燃烧模型
Arrhenius化学动力学的高度非线性 性，模拟结果一般不精确！
三种特殊情况
? 1、有逆向反应
? ? ? ? ? ? ? ? ? 反应速率公式
R?i,r ?
? ''
'
i ,r
i,r
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反应r中反应物i的化学计量数
????k f ,r
Nr j ?1
C j,r
Nr
' j ,r
?
kb ,r
C j,r
3、有限速率/涡耗散模型
? 简单结合了Arrhenius公式和涡耗散方程。 ? 避免预混燃烧中，ED模型出现的提前燃烧问题。
有限速率/涡耗散模型
? 同时计算Arrhenius公式和涡耗散方程；
? ? ? ? ?? Ri,r ?
' i,r
M
w,i
AB
k
p Yp M N ''
j j,r w, j
? 净反应速率取两个速率中的较小值。 ? Arrhenius速率：作为动力学开关，阻止反应发
? ? ? ? ? ? ? ? ? R?i,r ? ?
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? 3、压力独立反应
反应发生在高压和低压限制之间，不仅仅 依赖于温度。
FLUENT相关设置
j ?1
'' j ,r
FLUENT中组分输运及化学反应(燃烧)模拟
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
燃烧模拟
广泛应用与均相和非均相燃 烧过程模拟
燃烧炉 锅炉 加热器 燃气轮机 火箭发动机 流场流动特性及其混合特 性 温度场 组分浓度场 颗粒和污染物排放
Temperature in a gas furnace
求解内容
缺点:
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
守恒标量 (混合物分数) 模型: PDF 模型
只适应用于非预混 (扩散) 火焰燃烧 假定化学反应过程受混合速率控制
满足局部化学平衡. 控制体（计算单元）组分、物性决定于燃料和氧化剂在该处的混合程 度. 用化学平衡计算来处理化学反应 (prePDF).
i i ( f , c ) Pf ( f ) Pc ( c )dc df
00
只适合绝热系统（FLUENT V5） Import strained flame calculations
prePDF or Sandia’s OPPDIF code
Single or multiple flamelets
f=1 f=0 f=1
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
系统化学平衡假设
化学反应很快到达平衡. 可以考虑中间组分.
©燃烧
计算流体与传热传质
热科学与能源工程系 2003年10月
PDF 模拟Turbulence-Chemistry相互作用
Fluctuating mixture fraction is completely defined by its probability density function (PDF).
Fluent软件的燃烧模型介绍（精）
Fluent软件的燃烧模型介绍（精）Fluent软件的燃烧模型介绍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。
fluent算例模拟燃烧
计算流体力学作业FLUENT 模拟燃烧问题描述：长为2m、直径为的圆筒形燃烧器结构如图1所示，燃烧筒壁上嵌有三块厚为 m，高 m的薄板，以利于甲烷与空气的混合。
燃烧火焰为湍流扩散火焰。
在燃烧器中心有一个直径为 m、长为 m、壁厚为 m的小喷嘴，甲烷以60 m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。
空气从喷嘴周围以 m/s的速度进入燃烧器。
总当量比大约是(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×103。
假定燃料完全燃烧并转换为:CH4+2O2→CO2+2H2O反应过程是通过化学计量系数、形成焓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NO X含量6、使用场函数计算器进行NO含量计算一、利用GAMBIT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GAMBIT(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①创建C、D、E、F、G点②连接AC、CD、DE、DF、FG。
(5)创建燃烧筒壁面、隔板和出口①创建H、I、J、K、L、M、N点（y轴为，z轴为0）。
②将H、I、J、K、L、M、N向Y轴负方向复制，距离为板高度。
③连接GH、HO、OP、PI、IJ、JQ、QR、RK、KL、LS、ST、TM、MN、NB。
fluent 燃烧 算例
fluent 燃烧算例
本文介绍了fluent软件在燃烧流动领域的应用算例。
首先介绍了燃烧流动的基本概念和fluent软件的基本使用方法，然后通过具体的算例来展示 fluent 软件在燃烧流动中的应用。
算例一：气体燃烧室内部流动分析。
通过建立三维模型，使用fluent 软件对燃烧室内部的流动进行模拟和分析，得到了室内流场的速度分布、温度分布等参数，为燃烧过程的优化和控制提供了重要的参考和依据。
算例二：柴油机燃烧过程的数值模拟。
通过建立柴油机的三维模型，结合燃油喷射的过程和燃烧反应机理，使用 fluent 软件对柴油机燃烧过程进行数值模拟，得到了燃烧的温度、压力、速度、质量分数等相关参数，为柴油机的性能优化和燃烧控制提供了重要的参考和依据。
算例三：天然气管道燃烧事故的模拟分析。
通过建立天然气管道的三维模型，结合管道内的燃烧反应机理，使用 fluent 软件对天然气管道的燃烧事故进行模拟和分析，得到了燃烧事故的发展过程、温度、压力等参数，为燃气安全事故的预防和控制提供了重要的参考和依据。
以上三个算例展示了 fluent 软件在燃烧流动领域的广泛应用和高效性能，为燃烧流动领域的研究和实践提供了重要的工具和技术支持。
- 1 -。
Fluent燃烧模型
Rosseland模型是最为简化的辐射模型，只能应用于大尺度辐射计算。其优点是速度最快，需要内存最少。
Discrete Ordinates (DO) Model
DO模型是所有四种模型是最为复杂的辐射模型，从小尺度到大尺度辐射计算都适用，且可计算非－灰度辐射和散射效应，但需要较大计算量。
三、污染模型
NOx模拟
Fluent软件提供了三种NOx形成的模型：Thermal NOx、Prompt NOx和Fuel NOx形成模型。从而可以模拟绝大多数情况下的NOx生成问题。
烟尘模型（Soot Model）
Fluent软件可以考虑单步和两步的烟尘生成问题。烟尘的燃烧由有限速率模型模拟，并考虑了烟尘对辐射吸收的影响。
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。
FLUENT软件的燃烧模型介绍
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：
二、分散相燃烧模型
除了可以模拟各种气相燃烧问题以外，FLUENT5还提供了模拟分散相燃烧问题(液体燃料燃烧、喷射燃烧、固体颗粒燃烧等)的燃烧模型：
基于Fluent的定容燃烧弹内预混层流燃烧模拟
图 10
火焰半径与时间的关系
图8
预混燃烧火焰扩散模拟结果 C 图 11 拉伸火焰传播速度与半径的关系
从图 10 中可以看出， 模拟结果的半径数值与 实验结果的火焰半径数值均随时间函数的增加而 增大。在火焰燃烧的初期， 模拟结果的半径数值 要大于实验结果的半径数值， 随着时间的推移模 拟结果的火焰半径数值进一步增大， 与实验结果 的半径差距也逐渐加大。 在火焰扩散中期， 模拟 结果的半径数值的增大速度开始变缓， 当时间为
4
迭代计算结果分析
预混气体在定容燃烧弹内层流燃烧过程是球 形火焰半径随时间推移而逐渐变大的过程 。其实 验火焰扩散图片见图 5 。 本文将 GAMBIT 软件划 分的网格导入 Fluent 中进行迭代计算， 利用 FLUENT 软件对过量空气系数为 1 的氢气在定容燃烧
图4 定容燃烧弹预混层流燃烧的结果
格划分。Gambit 软件是 CFD 前处理应用软件， 它 的主要功能是帮助研究人员进行网格的设计与划 分工作。Fluent 软件在进行网格划分时， 通常是 配合 Gambit 前 处 理 软 件 来 进 行 网 格 划 分 的。 Gambit 软件可以导 入 PTC 公 司 Pro / Engineer 等 CAD 软件的数据文件［4］。 Gambit 网格 划 分 机 理 通 常 有 以 下 几 种： ① Map 网格划分机理， 该机理是对于规则的四边形 网格单元进行结构化网格划分的方法； ② Submap 网格划分机理， 该机理是对于那些利用 Map 网格 划分机理进行网格划分效果不佳的网格单元分解 成若干个基于 Map 网格划分机理划分的网格单 元， 同时在每个四边形网格单元中进行结构化网 格划分； ③ Tet Primitive 网格划分机理， 该网划分 机理是将一个四面体结构划分为基于 Map 网格 划分机理划分的 4 个六面体结构； ④ cooper 网格 划分机理， 该机理是利用已知的网格单元的端点 对其它网格进行扫描而对网格进行划分的一种方 法。 除此之外， 还有 Stairstep 与 Tet / Hybrid 等网 格划分机理也是比较常用的， 其中机理是在四面 体单元中有金字塔和六面体单元 。 2． 2 QuadMap 机理划分的容弹腔体网格 Map 网格划分机理对预混合气体 利用 Quad定容燃烧弹腔体内燃烧空间介质进行网格划分 。 定容燃烧弹燃烧室为圆柱状腔体， 以圆柱状腔体 该横截面近似为正 对称轴作穿过对称轴的平面， Map 方法 方形。对该正方形燃烧空间利用 Quad进行网格划分， 结果见图 1 。
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fluent 氢燃烧算例
Fluent氢燃烧是一个用于分析氢燃料在燃烧室内燃烧的计算流体力学（CFD）软件。
此软件的派生版本可以被用于分析任何复杂流量的
问题，如空气动力学、传热、多相流等。
下面我们将介绍Fluent氢燃烧的算例分析步骤：
步骤一：准备流体几何模型和网格文件。
为了分析氢燃烧，我们需要准备好燃料室模型，模型中应包括燃
烧室、注油嘴、燃料喷口、空气进口等要素。
在此之后，生成适当的
三维网格。
步骤二：设置计算参数。
在Fluent软件中，我们需要设置如下参数：时间步长、气体压力、物理模型、计算精度、边界条件、初始条件等。
步骤三：定义边界条件。
在模型中，不同的区域需要定义不同的边界条件。
例如，燃烧室
壁面需要设置热传导系数，空气进口和燃料喷口需要设置质量流量等。
步骤四：计算。
完成前三个步骤后，我们可以运行计算了。
Fluent中提供了多种不同的计算器和求解器来处理不同类型的问题。
氢燃烧的计算通常使
用密度泛函理论（DFT）求解。
步骤五：结果分析。
计算完成后，我们可以使用Fluent提供的后处理工具来可视化
结果。
例如，绘制温度分布、燃料浓度分布、速度流线等。
综上所述，通过以上步骤的执行，我们可以在Fluent氢燃烧中
进行氢燃料的燃烧分析。
这可以帮助工程师们更好地了解燃料在燃烧
室内的行为，以及如何优化系统的设计，使其在燃料燃烧过程中能够
得到更好的效率和性能。