Fluent模拟燃气轮机燃烧室解析

非预混模拟方法简介
非预混模拟方法已被明确用于模拟进行快速化学反应的紊态扩散火焰的 研究。非预混模型允许预测中间（基本）组分、溶解效应和严格的紊流 化学耦合。因为不需要解大量的组分输运方程，该方法在计算上很有效。 下面几幅图为FLUENT中能用非预混模型处理的典型反应系统结构。
A.能用单一混合分数模拟的化学反应系统
边界条件的定义——Specify Type
选择边界对应的几
何体
选择边界的类型.

鼠标直接选取. 对定义好的边界可 以再操作

更改、删除.
输出网格
将网格文件读入fluent
将网格数据读入fluent
检查网格，保证单元网 格没有负体积出现
确定网格的几何尺寸以 及各参数的单位。
定义解算器
相当于“虚拟”地在计算机做实验，用以模拟仿真实 际的流体流动情况，它是现代模拟仿真技术的一种。
fluent软件包介绍
FLUENT 通用 CFD 软件包，用来模拟从不可压缩到高
度可压缩范围内的复杂流动。
采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而
FLUENT能达到良好的收敛速度和求解精度。

FLUENT计算过程
FLUENT计算步骤
1， 确定几何形状，生成计算网格（用GAMBIT，也可以读入其它指定程
序生成的网格） 2， 选择2D或3D来模拟计算 3， 输入网格 4， 检查网格 5， 选择解法器 6， 选择求解的方程：层流或湍流（或无粘流），化学组分或化学反应， 传热模型等。确定其它需要的模型如：风扇、热交换器、多孔介质等模 型。 7， 确定流体物性 8， 指定边界条件 9， 条件计算控制参数 10， 流场初始化 11， 计算 12， 检查结果 13， 保存结果，后处理等。
燃烧混合物组成，可包括多燃料入口。然而，多燃料入口必须有同样的成分。不允许有两个 以上的有不同燃料成分的燃料入口（如，一个入口为CH4，一个入口为CO）。类似的，在 喷雾燃烧系统或包含反应粒子的系统中，仅允许有一种废气。
（2）仅含一种氧化剂。氧化剂可包括一种组分混合物（如，21％O2，79％N2），可以有多
非预混方法仅能用于当反应流动系统满足以下要求时：
流动是湍流。 化学动力学必须迅速以使流动接近化学平衡。
化学反应系统必须是有分离的燃料和氧化剂入口的扩散类型（喷雾（喷射）燃烧
和粉碎燃料火焰也可属此类）。 所有组分和焓的扩散系数相等。是对湍流的良好的近似。 当使用单一混合分数时，必须遵守如下条件 ： （1）仅含一种类型的燃料。燃料可由反应组分（例如，90％的CH4和10％的CO）的一种
灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成
熟的物理模型，使 FLUENT 在转捩与湍流、传热与相 变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械等方面有广 泛应用。
FLUENT程序软件包包括以下几个部分
GAMBIT，网格生成 FLUENT解算器 prePDF，用于模拟PDF燃烧过程
TGrid，额外的处理器，用于从现有的边界网格生成 体网格。 Filters(Translators)，转换其它程序生成的网格，用 于FLUENT计算。可以接口的程序包括：ANSYS, IDEAS, PATRAN等。
个氧化剂入口。然而，多氧化剂入口必须包含相同的成分。不允许有两个及以上有不同成分 的氧化剂入口（如，一个入口为空气，第二而入口为纯氧气入口）。
当使用两个混合分数时，系统中可包含三个流。下面是有效的系统： （1）有两个不同组成的燃料流和一个氧化剂流。每一个燃料流可由一种反应 组分混合物组成（例如，90％的CH4和10％的CO）。可包括每一种燃料流 的多入口，但是每一个燃料流入口必须有两种定义的成分中的一种（如，一 个入口为CH4，一个入口为CO）。 （2）包括气－液，气－煤，或者液－煤燃料混合物和一种氧化剂的 混合燃料系统。在拥有气－煤或液－煤燃料混合物的系统中，煤挥发物和焦炭 作为一种单一成分燃料流来对待。 （3）分别对待煤燃烧中的挥发物和焦炭的系统。 （4）含有不同成分的两种氧化剂流和一种燃料流。每一氧化剂流可由一种多 组份的混合物组成（例如，21％O2，79％N2）。每一种氧化剂可以有多入 口，但是，每一个氧化剂入口必须含有两种定义成分中的一种（例如，一个 入口为空气，第二个入口为纯氧气）。 （5）一个燃料流，一个氧化剂流和一种非反应次要流。
a.简单燃料／氧化剂扩散火焰
b.用多氧化剂入口的扩散系统
c.用多燃料入口的系统
B.能用二混合分数模拟的化学反应系统结构
a.包含两个不同燃料入口系统
b.包含两种不同氧化剂入口的系统
三. 非预混模拟方法的限制和特别反应类型
A.限制
special cases and Restrictions on the Mixture Fraction Approach
对于低速问题，通
常选用基于压力耦 合的隐式求解器。
湍流模型的定义
Fluent中提供了多种湍
流模型可供选择，包括： 单方程（SpalartAllmaras）模型、双方 程模型、雷诺应力模型 和大涡模拟。
在这里选择标准κ-ε模
型
组分模型的定义
Fluent中提供了多种组分
模型可供选择。 在这里，由于液滴参与燃 烧，因此采用非预混模型。 电机确定后提示输入pdf文 件，导入pdf文件后系统各 组分材料自动导入。
Leabharlann Baidu
Gambit软件的初始化
打开gambit 选择求解器 正对求解器选择不 同的边界条件定义 器

建立几何模型
利用gambit软件
结合普通CAD软 件生成几何模型。 Gambit中的图形 实体为整个计算 区域。
网格生成
Gambit提供在三维计算中提供 六面体、楔形、四面体、棱柱体 四种可供选择的网格单元。 在这四种网格单元中，四面体 对几何形状的适应性最强，同时 也最为消耗计算资源，在这里选 择四面体网格。
燃气轮机燃烧室的 数值模拟
中国科学院工程热物理研究所 2007.4
什么是CFD ?
CFD是英文Computational Fluid Dynamics（计算流体
动力学）的简称。其基本原理是数值求解控制流体流 动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的 离散分布，从而近似模拟流体流动情况。
CFD就是利用计算机技术、数值计算技术发展而来的，