CFX燃烧算例｜02 涡耗散燃烧

本算例演示利用CFX中的涡耗散燃烧模型模拟计算燃烧器内部甲烷燃烧问题。

1 计算模型

计算模型如下图所示。空气入口速度0.5 m/s，温度300 K；燃料入口速度80 m/s，温度300 K；出口为环境压力，相对大气压为0 Pa。考虑计算域内甲烷单步燃烧反应，并考虑NO的生成。

2 CFX设置

• 启动CFX 2021R1

2.1 导入计算网格

• 新建一个General Case

• File → Import Mesh…读取计算网格文件combustor.cfx5，注意设置单位为m

2.2 创建反应介质

• 鼠标右键选择模型树节点Materials，点击弹出菜单项Insert → Material添加新介质

• 命名新介质为methane air mixture

• 如下图所示指定新介质属性
• 指定Option为Reacting Mixture
• 指定Material Group为Gas Phase Combustion
• 指定Reactions List为Methane Air WD1 NO PDF

其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭面板。

注：这里选择的Methane Air WD1 NO PDF为软件内置的甲烷-空气单步化学反应，考虑了NO的生成，温度采用PDF进行计算。CFX中内置了大量的化学反应，当使用快速化学反应模型时，可以直接选用这些化学反应方程。

”

2.3 区域设置

• 鼠标双击模型树节点Default Domain
• 如下图所示指定Material为methane air mixture

• 如下图所示指定Fluid Models标签页下参数
• 指定Heat Transfer Option为Thermal Energy
• 指定Combustion Option为Eddy Dissipation

注：EDM模型利用湍流参数计算化学反应速率。

”

• 进入Initialization标签页，进行以下设置
• 设置CO2初始质量分数0.01
• 设置H2O初始质量分数为0.01
• 设置O2初始质量分数为0.23

2.4 设置边界条件

• 定义入口边界VEL_IN_AIR，指定边界位置为VEL_IN_AIR，进行以下设置
• 指定Normal Speed为0.5 m/s
• 指定Static Temperature为300 K
• 指定O2的质量分数为0.23

• 定义入口边界 VEL_IN_METHANE，如下图所示进行设置
• 指定Normal Speed为80 m/s
• 指定Static Temperature为300 K
• 指定CH4的质量分数为1

• 定义出口边界PRESSURE OUTLET，指定Relative Pressure为0 Pa

• 定义对称边界SYM1与SYM2，采用默认设置

• 定义壁面边界WALL1与WALL2，采用默认参数

2.5 定义监测点

• 如下图所示监测出口位置CO2的平均质量浓度

• 如下图所示监测出口位置H2O的平均质量浓度

• 如下图所示监测出口位置NO的平均质量浓度

2.6 求解控制

• 如下图所示定义Solver Control参数

2.7 求解计算

• 进行计算求解

• 物理量监测结果如下图所示

3 计算结果

• 对称面上温度分布如下图所示

• 对称面上H2O质量分数分布

• 对称面上CO2质量分数分布

• 对称面上NO质量分数分布

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• 统计出口位置CO2质量分数，如下所示其值为0.111697

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