第14章 非预混燃烧模拟75(6)

液体燃料或煤燃烧非预混模型 （Using the Non-Premixed Model for Liquid Fuel or Coal combustion）

如果在模拟中包括小液滴和／或煤颗粒，可以应用非预混模型。在这种情况下，燃料以通过蒸发、液化作用和焦炭燃烧定律控制的分散相确定的比率进入计算域中的气相中。在为煤的情况下，挥发分和焦炭产物可被定义为两种不同的燃料类型（用两个混合分数）或这定义为单一废气成分（用一个混合分数），14.3.5节有所描述。

带有废气循环的非预混模型 （Using the Non-Premixed Model with Flue Gas Recycle）

由于用非预混模型解决的多数问题将包含既含有纯氧化剂有含有纯燃料（f=0或f=1）的入口，因此可包括有一个混合分数中间值（0

?fuel?m?recycfexit?(m?fuel?m?ox?m?recyc)fexit （14.1-30） m或

fexit??fuelm?fuel?m?oxm （14.1-31）

?ox为氧化剂入口式中：fexit为出口混合分数（和废气循环入口处的混合分数），m?fuel为燃料入口的质量流量速率，m?recyc为循环入口的质量流的质量流量速率，m量速率。

如果包括次要流，则为

ffuel,exit??fuelm?fuel?m?sec?m?oxm (14.1-32)

psec?secm (14.1-33) ??sec?m?oxm

图14.1.15：带有废气循环的非预混模拟

Figure 14.1.15: Using the Non-Premixed Model with Flue Gas Recycle

14.2 非预混平衡化学反应的模拟方法 Modeling Approaches for Non-Premixed Equilibrium Chemistry

FLUENT软件包为模拟非预混平衡化学反应提供了两种不同方法。既可以选择单一混合分数法，也可以选择二混合分数法，这依赖于有多少个流（stream）。PrePDF储存“look-up tables”中关于流的信息，这些信息随后被FLUENT用来解混合分数、焓以及各种标量。更多关于prePDF的信息，见14.3节。

14.2.1单一混合分数法 （Single-Mixture-Fraction Approach）

为保持计算时间最小，非预混模型中多数的计算通过在FLUENT模拟以外用单独代码预处理化学计算并进行PDF积分，这称为prePDF。图14.2.1解释了计算是如何在预处理器（prePDF）和求解器（FLUENT）间分开的。在prePDF中，化学模型（mixed-is-burned，平衡化学，层流小火焰）用来连接假设的PDF分布以执行方程14.1-17，14.1-19和／或14.1-26中给定的积分。这些积分在prePDF中执行并储存在把平均热化学变量?i（温度，密度和组分质量分数）与f，

fs?2和H*关联起来的查询表中。注：表格中用比例化的混合分数（scaled mixture

fraction）变量，式中fs?2定义为

f?2fs?? （14.2-1）

0.25f(1?f)2FLUENT中解方程14.1-4，14.1-5和14.1-27（非绝热系统）得到f，fs?2和H*的局部值。

14.2.2二混合分数法（Two-Mixture-Fraction Approach）

图14.2.1 对单一混合分数情况下FLUENT和prePDF之间计算任务的分配

Figure 14.2.1: Separation of Computational Tasks Between FLUENT and prePDF for a Single-Mixture-Fraction Case

对二混合分数（次要流）的情况，prePDF预处理器计算温度、密度和组分质量分数（方程14.1-12或14.1-15）的瞬时值，并将他们储存在查询表中。对用二混合分数的绝热情况，查询表包含作为燃料混合分数和次要流部分分数函数的

?，T以及Yi 。对二混合分数的非绝热情况，三维查询表中包含作为燃料混合

分数，次要流部分分数和瞬时焓函数的物理属性。

燃料混合分数和次要流部分分数的几率密度函数p1和p2分别由解出的混合分数及它们的变化量来在FLUENT中进行计算。计算属性平均值的PDF积分也在FLUENT完成（用方程14.1-18或14.1-29，与14.1-20或它的非绝热等价方程）。积分中需要的瞬时值从查询表中获得。

！注：对二混合分数情况，其在FLUENT中的计算时间要比单一混合分数问题长很多，因为PDF积分在FLUENT进行，而不是在prePDF中。选择二混合分数模型前应当仔细考虑这种代价。作为权宜之计，通常从收敛的单一混合分数解开始二混合分数模拟。

图14.2.2解释了对二混合分数情况prePDF和FLUENT之间的分工。

14.2.3 查询表概念 （The Look-Up Table Concept）

绝热系统查询表 （Look-Up Tables for Adiabatic Systems）

图14.2.3解释了对单一混合分数系统prePDF产生的查询表概念。给定在流域中一点上f和f?2的FLUENT预测值，由表中可获得该点处的时间平均质量分数，时间平均密度和时间平均温度（?i）。FLUENT首先用方程14.2-1计算比例化的混合分数变化量fs?2，因为单一混合分数查询表中包括作为f和fs?2函数的属性数据，而不是作为f和f?2函数的属性数据。

图14.2.2：对二混合分数情况FLUENT和prePDF间的计算任务分割

Figure 14.2.2: Separation of Computational Tasks Between FLUENT

and prePDF for a Two-Mixture-Fraction Case

图14.2.3中的表是方程14.1-17积分的数学结果。对关心的每一个标量（组分质量分数，密度，温度），只有一个这种类型的查询表。在瞬时焓只是瞬时混合分数的函数的绝热系统中，像图14.2.3那样，需要一个二维查询表。

图14.2.3：绝热单一混合分数系统中作为f和f?2函数的标量?i的查询表的可视化表示

Figure 14.2.3: Visual Representation of a Look-Up Table for the Scalar

?i

as a Function of fandf?2in Adiabatic Single-Mixture-Fraction Systems

对于一个二混合分数系统，将为作为燃料混合分数ffuel和次要流部分分数

psec（方程14.1-12）函数的标量属性?i建立一个查询表，见图14.2.4。

表14.2.1总结了查询表结构。

非绝热系统三维查询表 （3D Look-Up Tables for Non-Adiabatic Systems）

在非绝热系统中，焓与混合分数不成线性关系，但是也依赖于墙的传热和／或辐射，需要为每一个系统中可能的焓值建立查询表。结果是建成三维的查询表，如图14.2.5所示，图由二维表层组成，每一层都相应正常的热损或增热。第一层或片相应于系统的最大热损失，在那里查询表中所有的点为问题建立中定义的最低温度。最大片相应于当所有点已经达到定义的最高温度发生时的增热。零热损／增热片相应于绝热运算。插入绝热和最高片之间的片相应于增热，插入绝热和最低片之间的片相应于热损。

三维查询表允许FLUENT从f，f?2和H*的计算值中确定每一个质量分数，密度和温度的值。三维表是方程14.1-26积分的可视化表现。

对二混合分数问题，三维查询表允许FLUENT为对来源于ffuel，psec和H＊瞬时值的标量属性确定瞬时值。三位表是方程14.1-28的可视化表现。这些瞬时值用来完成方程14.1-29的积分。

表14.2.1为查询表结构总结。

图14.2.5：在非绝热单一混合分数系统中，作为fandf?2函数

的标量?i的查询表的可视化表现

Figure 14.2.5: Visual Representation of a Look-Up Table for the Scalar

?ias a Function of

fandf?2and Normalized Heat Loss/Gai …… 此处隐藏：1873字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……