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STAR CCM 算例|甲烷-空气射流燃烧

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本算例演示如何利用STAR CCM 中的EDC模型设置并求解甲烷-空气射流燃烧过程。

注:本算例为软件随机案例。

1 问题描述

算例计算的是Sandia FlameD实验条件。下图所示为计算区域入口截面,其包含3个流体入口:main、pilot以及coflow,分别通入甲烷-空气、燃烧产物、空气。

算例采用二维轴对称模型进行计算,该二维轴对称几何由采用 7.2 mm 直径喷嘴的主喷射器组成,燃烧体积比为 25% 甲烷和 75% 干燥空气的预混气体。

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计算边界如下图所示。

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2 STAR CCM 设置

  • 启动STAR CCM
  • 选择菜单File → New…创建一个新的仿真
  • 选择菜单File → Import  → Import Mesh… 导入计算网格sandia.ccm

2.1 选择物理模型

  • 鼠标右键选择模型树节点Models,点击弹出菜单项Select Models… 打开模型选择对话框

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  • 如下表所示选择物理模型
组合框模型
SpaceAxisymmetric
TimeSteady
MaterialMulti-Component Gas
Reacting RegimeReacting
Reacting Flow ModelsReacting Species Transport
Reacting Species ModelsComplex Chemistry
Turbulence Chemistry InteractionsEddy Dissipation Concept
FlowSegregated Flow
Viscous RegimeTurbulent
Reynolds-Averaged TurbulenceK-Epsilon Turbulence
Equation of StateIdeal Gas

选择完毕后的对话框如下图所示。

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2.2 定义化学反应

本算例的化学反应方程采用导入Chemkin机理文件的方式进行定义。

  • 右键选择模型树节点Continua → Physics 1 → Models → Complex Chemistry,选择弹出菜单项Import Chemistry Definition(Chemkin format)…

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  • 如下图所示导入机理文件chem.inp及therm.dat

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此机理文件可以使用文本编辑器打开进行修改。

2.3 初始条件设置

  • 进入节点Continua → Physics 1 → Initial Conditions,下方节点参数指定如下表所示
节点设置
Species Mass FractionO2:0.233,N2:0.767
Static Temperature293 K
Turbulence SpecificationK Epsilon
Turbulent Dissipation Rate50000 m²/s³
Turbulent Kinetic Energy30 J/kg
Velocity[0.9,0.0] m/s

Initial Conditions节点如下图所示。

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2.4 边界条件设置

  • 进入节点Regions → fluid → Boundaries ,设置各边界参数

1、inlet-1边界

指定边界inlet-1的参数,如下表所示。

节点参数值
Species Mass FractionCH4:0.1563;O2:0.1965;N2:0.6472
Static Temperature293 K
Turbulence Intensity0.1
Turbulent Viscosity Ratio100
Velocity Magnitude49.6 m/s

设置完毕后如下图所示。

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2、inlet-2边界

指定边界inlet-2的参数,如下表所示。

节点参数值
Species Mass FractionH2O:0.095;O2:0.054;N2:0.734;CO2:0.117
Static Temperature1880 K
Turbulence Intensity0.1
Turbulent Viscosity Ratio100
Velocity Magnitude11.4 m/s

3、inlet-3边界

指定边界inlet-2的参数,如下表所示。

节点参数值
Species Mass FractionO2:0.233;N2:0.767
Static Temperature293 K
Turbulence Intensity0.1
Turbulent Viscosity Ratio100
Velocity Magnitude0.9 m/s

4、outer边界

指定边界outer的参数,如下表所示。

节点参数值
Backflow SpecificationDirection:Extrapolated
Species Mass FractionO2:0.233;N2:0.767
Static Temperature293 K

5、outlet边界

指定边界outlet的参数,如下表所示。

节点参数值
Backflow SpecificationDirection:Extrapolated
Species Mass FractionO2:0.233;N2:0.767
Static Temperature293 K

2.5 迭代参数

  • 指定最大迭代次数2000 次

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  • 点击菜单Solution → Run开始计算

3 计算结果

  • 轴线上的温度分布

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  • 轴线上CO摩尔浓度分布

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  • 温度分布

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  • 二氧化碳摩尔浓度分布

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相关文件:

链接:https://pan.baidu.com/s/1RTn_dfM8NYOUEPxqex-fjQ 提取码:9rxm

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首次发布时间:2021-06-24
最近编辑:2年前
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