煤粉燃烧模拟湍流破碎模型

1、煤粉燃烧一一湍流破碎模型(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

2、Stepl: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- &湍流模型Define f models + viscous2、启动能量方程Define models en ergy3、启动物质输运方程Define+ models 一k species-tran sport & react iona）选择 model 列表中的 species transportb）选择 reaction 列表中的 volumetr

3、icc）选择 mixture material 歹U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 modeI面板4、启动Discrete ordinates模型（DO离散坐标系）a）从 model 歹U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 di

4、scretization （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 radiati on model5、启动discrete phase（离散相）模型a）M ax 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

5、（喷口）1、v-1 入口截面设 9 个喷口： define k injectionsa）点击creat,新建喷口c）9个喷口通用性质，见表lrameterValueParticle TypeCombustingMaterialcoal-hvDevolatilizing Specieshv_volProduct Speciesco2Oxidizing Specieso2Point PropertiesTemperature = 343, Z-Velocity 23,11Turbulent DispersionStochasti匚 Model with vaues for Number of Tr

6、ies and Time S匚制总 Constant as 10 and 0 IB respectively.c） 点击 turbulent dispersion, 并启动 discrete random walk modeld）设置喷口的流速和颗粒半径Injection ?saineDiainetey (ni)Flow Rateinje 匚le-60.00018264inje 匚 tion-10.00073056injectionle-50,00127848injection2 . 5&亠50.00438336injection-45e-50.00584448inje 匚 tion 5n00

7、347016injectiofi60.00010.00146112injection0.00020,00073056inje 匚 tion-80.00030.00018264e）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，

8、打开 react ions 面板，编辑 eddy-dissipati on 的反 应式，如下：lieactantsProductsNumber of Re actants = 2Number of Products = 4Stoiclb Coefficients hv_Tcl 1o2 = 2.46Stoich Coefficients co 2.17co2 = 0.633h2o = 2.118n2 二 0,071Table 3: K eact ion 1ReactantsProductsXumber of K eactants 二 2Niuuher of Products 二 1Stoicli

9、. Coefficientsco = 1o2 = 0.5Stoicli. Coefficient co 2 = 1Table 4: Reaction 2其余参数保留默认值，关闭reactio ns面板2、设置燃烧颗粒coal-hv的特性PropertyValueDensity1000CplidoLatent Heat0Vapori2ation Temperature343Volatile Component Fra匚tion55Binary Diffusivity3s-5Swelling Coefficient2Burnout StoichiometriC Ratio2.67Combustib

10、le Fraction36 +了Heat of Rea匚tion for Burnout3.29e7React. Heat Fraction Absorbed by Solid0Combustion Modelkinetics.- difFusio n-lirnitmdr；1ass LfFusion-Limited Rate Constant = 5e-12Kinetics-Limited Rate Pre-Exponential Factor =6.7Kinetics-Limited Rate Activation Energy = 1.138e81 aporization teTiiper

11、afure of coni.為 773 K. But. to tart the ct仮c存门”艮 ire 对诩 lower it to 343 K and once the flame shape is obtained, it trill be changed to the original value.3、设置 02、C02、H20、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ia? Enter 50 for Molecular Weight and -1.8474e7 for Standard

12、State Enthalpy.5、点击 change/create按钮，关闭 materials面板Step5:操作条件Define operati ng con diti ons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 defi ned functions in terpreted1、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flue nt的预处理代替，则选择 use con

13、tributed 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 -*boun dary con diti on1、入口 V-1的设置如下larameterValueVelocity Magnitude23.11 ni/sTemperature343 KTurbulence Intensity10%Hydraulic Diameter0.013 mSpecies Mass Fractionso2 = 0.2315Internal Emissivity1Discrete Phase

14、BC Typeescape2、入口 V-2的设置如下:ParameterValueVelocity Specification MethodComponentsCoord i riNtE SystemCylindrical (Radial, Tangential, Axial)Radial-Velocity0Tangential-Velocityudf vinlet2wvelAxial-Velocityudf vinlet2uvelTemperature573 KTurbulence Intensity12 %Hydraulic Diameter0.047 inSpecies Mass Fra

15、ctionso2 = 0.23153、出口 P-1的设置如下:IararneterValueGauge Pressure0Backflow Total Temperature1000 K匚kflow Turbulence Intrnsity10%Backflow Hydraulic Diameter1 inSpecies Mass Fractionso2 = 0.23154、设置壁面边界条件，温度和内部辐射系数如下:ZoneTemp erat ureInternal Emissivityw3430.6w-25730.6w-38730.6w-412730.5w5udf wallbtemp0,5w

16、-6udf wallStemp0.5w-7udf wall7teirip0.5w-813230.5w-910730.55、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 tran sport&reactio n2、关闭离散坐标辐射模型a）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（in teraction）define models discrete phase4、初始化计算区域Solve in itialize in itialize5、打开残差

17、监视图Solve mon itors residual6、迭代计算100步Solve 一 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00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 phas ,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 regi onDefinemodels dis

18、crete phasea）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-rO，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：Energy0.95Species0.95Discrete Phase Sour匚e吕16迭代计算1步；7、保存 case和 data（ coal-ebu-react-star）；8、设置每50步进行DPM交互计算9、设置 discrete phase so

19、urce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、迭代计算为00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、02、CO2、H2O、CO和能量为二阶迎风；5、迭代计算為00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turbulenee的松弛因子分别设为0.9