第14章 非预混燃烧模拟75(4)

Figure 14.1.8: ?-Function PDF Shapes for f?0.3and f?2?0.005

重要的是，可根据其最初两个因素，即f和f?2，计算出流动中在所有点上的PDF形状p(f)。因此，给定流场中每一点上的f和f?2的FLUENT预测值（方程14.1-4和14.1-5），可以计算出已知的PDF形状并作为额外的方程结合用方程14.1-17和14.1-19（或者对包括次要流的系统，为方程14.1-18和14.1-20）来确定组分质量分数、密度和温度的时间平均值。图14.1.9描述了单一混合分数的逻辑依赖关系。（包括次要流时，PDF形状将为燃料混合分数ffuel和次要部分分数psec进行计算，计算不同也顺序，见图14.2.2）。

14.1.9：关于f和f?2的平均标量?i以及化学反应模型

的逻辑依赖关系（绝热，单一混合分数系统）

Figure 14.1.9: Logical Dependence of Averaged Scalars

?ion f，f?2and

the Chemistry Model (Adiabatic, Single-Mixture-Fraction Systems)

非预混模型的非绝热拓展 （Non-Adiabatic Extensions of the Non-Premixed Model）

许多反应系统包括通过对流和辐射换热对墙壁、小滴或者颗粒的传热。在这样的流动中，局部热化学状态不再仅与f有关，还与焓H＊有关。系统焓影响着化学平衡计算和反应后流动的温度。因此，当由混合分数计算标量时，必须考虑由于热损失引起的焓的变化。因而，标量依赖关系变为

?i??i(f,H*) （14.1-25）

式中：H*由方程14.1-14给定。在这样的非绝热系统中，应当利用一个联合几率密度函数 p(f,H*)来考虑紊动脉动。然而，对多数工程应用来说，p(f,H*)的计算不可行。通过假定焓的脉动独立于焓的水平（例如，热损失不会严重地影响紊动焓脉动）可对问题可进行重要的简化。在这样的假设条件下，可再次得到p=p(f)及

?i???i(f,H*)p(f)df （14.1-26）

01因此在非绝热系统中?i的确定需要解时间平均焓的模拟输运方程：

?ki??***??(?H)???(?vH)????H?Sh （14.1-27） ?c??t?p?式中源项Sh考虑了对墙边界的辐射、传热以及与第二相之间的热交换。图14.1.10描述了关于FLUENT中对非绝热单一混合分数系统里的f， f?2以及H*预测的平均标量值（组分质量分数，密度和温度）的逻辑依赖关系。

当系统包括次要流时，标量依赖关系变为

?i??i(ffuel,psec,H*) （14.1-28）

平均值由下面式计算：

图14.1.10：关于f， f?2和H的平均标量?i与化学反应模型

的逻辑依赖关系（非绝热，单一混合分数系统）

Figure 14.1.10: Logical Dependence of Averaged Scalars

*?ion and f,f?2,H*

and the Chemistry Model (Non-Adiabatic, Single-Mixture-Fraction Systems)

?i????i(ffuel,psec,H*)p1(ffuel)p2(psec)dffueldpsec （14.1-29）

0011 如上所述，包括对墙的传热以及辐射的系统需用PDF模型的非绝热扩展部

分。另外，拥有不同入口温度的多燃料和氧化剂入口或者包括废气循环的系统需用非绝热模型。最后，在载有粒子的流动中（例如，液体燃料系统或煤燃烧系统）需用非绝热模型，因为载有粒子的流动含有对分散相的传热。图14.1.11阐明了几种必须包括PDF模型的非绝热形式的系统。注：即使系统是非绝热的，也可以进行更简单一点的绝热计算作为初始练习。这将允许你应用一种有效的方式来限制非绝热分析，如14.3节所述。

(a) 到主边界的传热和／或辐射传热

(a) Heat Transfer to Domain Boundaries and/or Radiation Heat Transfer

（b）不同温度的多燃料和氧化剂入口

(b) Multiple Fuel or Oxidant Inlets at Different Temperatures

（c）分散相传热传质（如，液体燃料或煤燃烧）

(c) Dispersed Phase Heat or Mass Transfer (e.g., Liquid Fuel or Coal Combustion)

图14.1.11：需要非绝热非预混模型方法的反应系统

Figure 14.1.11: Reacting Systems Requiring Non-Adiabatic Non-Premixed Model Approach

14.1.3非预混模拟的限制和特有案例（Restrictions and Special Cases for Non-Premixed Modeling）

混合分数法的限制 （Restrictions on the Mixture Fraction Approach）

密度或温度）对f的唯一依赖关系（方程14.1-11或14.1-13）?（组分质量分数、i需要反应系统满足下列条件：

（喷雾（喷射）? 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

燃烧和粉碎燃料火焰也可属此类）。

（这表示所有组分和焓的扩散系数相等，是对? 刘易斯（Lewis）数需统一。

湍流的良好的近似）。

?当使用单一混合分数时，必须满足下列条件：

－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。

－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： －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）。

－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，煤挥发分和焦炭作为一种单一成分燃料流来对待。

－分别跟踪含有挥发分和焦炭的煤燃烧。

－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）。

－一个燃料流，一个氧化剂流和一种非反应次要流。 ?必须为湍流。

强调对直接模拟预混燃烧来说这些限制消除了使用非预混的方法非常重要。这是因为未燃预混流远离化学平衡。注：然而，16章中描述了一种扩展的混合分数公式，其可被用在预混和部分预混火焰中。 …… 此处隐藏：1413字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……