煤粉燃烧模拟——湍流破碎模型

1、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

2、：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 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

3、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 D

4、ivisions 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 injections a）点击cr

5、eat，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 modeld） 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，

6、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 function

7、s 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

8、，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 oridinates b） 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 r

9、esidual6、 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）

10、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

11、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

12、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、