第14章 非预混燃烧模拟75(13)

如果选择自动计算，prePDF将使用平衡计算确定在富限处的成分。如

果不选择自动计算，必须使用“Stoichiometric Coefficients”面板在富限处输入摩尔化学当量（见上面第七步）。

Secondary Rich Flamability Limit （次要富焰能力限制）：控制次要混

合分数的平衡计算。如果次要流步是燃料，应保持默认值1.0。对一个次要燃料流，可考虑调整该值来使用部分平衡模型。富限值为1.0意味着将在混合分数的全范围内进行平衡计算。当输入一个低于1.0的富限

时，无论何时fsec超过该限，平衡计算将暂停。（注：这里用的是次要混合分数fsec，而不是部分分数psec。）见上面的“Fuel Rich Flamability Limit”获取详细信息。

燃料富混合物的平衡计算 （Equilibrium Calculations in Fuel Rich Mixtures）

实验研究和回顾［23，213］表明尽管燃料使火焰区域倾向于接近热动力平衡，但是在燃料富裕的条件下化学动力学将占优势。因此，当为非经验定义燃料使用prePDF时，强烈推荐部分平衡模型。 如上所述，这种方法暂停了富混合物的平衡计算。（下面给出如何设置富限值。）

如果正使用完全平衡法（富限为1或经验定义燃料），应该明白prePDF将为燃料（如在f＝1处）执行一个平衡计算。在多数情况下，计算的结果平衡燃料成分和温度与定义燃料时的初始输入不一样。这表明：如你所定义的燃料成分和温度没在平衡条件下。当prePDf调整燃料成分和温度到新的平衡值时，你将收到一个警告信息：

该警告的目的是警告你燃料入口温度和成分应被调整为新的平衡值。这个信息将影响你如何在FLUENT中定义气体燃料入口边界条件，如下，因此它很重要。

在FLUENT中新的平衡燃料温度和成分在气相燃料入口边界上定义燃料密度。为保持想得到的燃料质量流率，应用这个平衡密度计算合适的入口速度。可在prePDF中用“VIEW-ALPHA/DENSITY”文本命令在最终离散F-Mean点（f=1）确定平衡燃料密度。在非绝热系统中，应使用的密度为在焓片与燃料入口温度相一致上。如果燃料入口温度等于在prePDF中的“Operating Conditions”面板上输入的温度，应该检查绝热焓片上的密度。如果有不同温度的多燃料入口，可在每一个温度下执行一个绝热计算以确定平衡密度。

！ 尽管prePDF将为燃料计算一个新的平衡温度，当在FLUENT中定义气相燃料入口时也应该使用原始的prePDF燃料入口温度输入。FLUENT用这个原始的非平

衡燃料温度计算入口燃料焓。（该焓与在prePDf平衡计算中使用的一样。）根据该入口焓，FLUENT将确定在燃料入口处的平衡温度，成分和密度。

如果正在使用离散相模型模拟液体或煤燃料，调整的平衡燃料温度和成分不会对在FLUENT中的输入产生影响。

确定混合分数的化学当量和富限值（Determining the Stoichiometric and Rich Limit Values of Mixture Fraction）

确定混合分数的富限值是在“Sloution Parameters”面板中输入的一个重要部分。一般上，应该选则富限为化学当量混合分数的1.5～2倍：

frich?2.0fs （14.3-3）

反过来，化学当量混合分数可有空气对燃料的质量比来计算，如14.1.2节所

述（方程14.1-10）。换过来，可通过检查prePDF为绝热系统预测的瞬时温度对混合分数来估计化学当量混合分数。最高温度将发生在靠近绝热混合分数的地方。

在空气中甲醇的燃烧为如何能计算化学当量混合分数提供了一个例子。根据摩尔化学当量写出写出反应为

CH3OH + 1.5(O2 + 3.76N2)→CO2 + 2H2O+5.64N2 （14.3-4）

为计算化学当量混合分数，首先根据化学当量空气－燃料比r和等价率?按质量基础写出反应。反应变为

（14.3-5） φCH3OH?r(O2?3.76N2)?(φ?r)Products式中：r=6.435。用方程14.1-10，化学当量混合分数（??1.0）就为

fs????r?1?0.134 （14.3-6） 7.435在??2.0时，燃料富混合分数为

2?0.237 （14.3-7） 8.435简单地用方程14.3-4展现一个更一般的形式，这个练习可直接扩展到含烃混合物的燃料。例如，考虑一个包含60％CH4和40％CO的燃料－空气系统：

frich? (0.6CH4?0.4CO)?z(O2?3.76N2)?xCO2?yH2O?3.76zN2 （14.3-8）

在平衡该方程并解出z后，可计算空气－燃料质量比，然后计算如上所述

的化学当量混合分数。

次要流富限值 （Rich Limit Values for Secondary Streams）

如果次要流为氧化剂或惰性物质，次要流的富限应该设为1。如果是次要燃料，应用上面的单一燃料系统分析，因为根据次要混合分数fsec（不是次要部分分数psec）定义了次要富限。

第九步：保存输入 （Save Your Inputs）

当完成所有预计程序时，应保存输入到一个 “input”文件： File→Write→Input?

这个文件包含所有在prePDF中定义反应系统的输入。可选择保存成二进制（非格式化的）文件或一个格式化的（ASCⅡ，或文本）文件。可以读或编辑格式化文件，但是格式化文件比同样以二进制格式存储的文件需要更多的存储空间。二进制文件占用比较少的空间并能被prePDF快速读些，但是不能在所有机器类型间转移。

第十步：计算查询表 （Compute the Look-Up Tables） 保存完输入后，应使用prePDF开始查询表计算： Calculate→PDFTable

PrePDF为单一混合分数计算执行的计算以方程14.1-17（或14.1-26）的离散积分结束，如图14.1.9（或图14.1.10）所表示。对二混合分数计算，prePDF将使用方程14.1-28或其绝热等价来计算物理属性。对简单系统，这些计算仅会花费一小会儿时间，但是对于复杂系统（如有10种或更多组分的非绝热系统）将会花费一小时之多。当计算进行时，平热PDF报告进程。下面为一个绝热、单一混合分数计算的简单输出：

在指定混合分数点数处完成平衡计算后，prePDF报告计算成功。产生的查询表为如图14.2.3阐明的形式（或图14.2.5，对非绝热系统）。这些查询表可在prePDF中用可用的图形工具绘制出来，如下面第十二步所述。

注：在非绝热计算中，报告包括关于当前考虑的焓点信息：

注意到：当TO-GO下列表点数为0时，非绝热计算停止。这是因为在混合分数等于0处的最终计算不包括多变化量点。

对于二混合分数计算，prePDF在计算过程中将打印下列信息：

产生的查询表有如图14.2.4（或图14.2.6对非绝热系统）所释的形式。这些查询表在prePDF中可用可用的图形工具绘制出来，如下所述。

对非绝热计算，当前焓点将被表示为上面列出对非绝热单一混合分数计算的简单输出。

PrePDF的稳定性问题 （Stability Issues in prePDF）

复杂的化学反应或非绝热效应会使平衡计算花费更长的时间并且更困难。在一些情形下，平衡计算甚至会失败。使用下列技术之一就会有可能消除所遇到的任何困难：

?试一下作为绝热系统计算。绝热系统计算通常非常直接并能提供变

量纠正这一对非绝热计算重要输入。可确定那些组分对反应系统重要并除去那些不重要的组分。这些信息可通过绝热计算产生的查询表的简单观察获得。选择合适的温度范围和包括化学组分的合适列表将会大大简化非绝热计算。通过对第八步所描述的富定点限更好选择并调整混合分数中 …… 此处隐藏：1615字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……