Fluent案例｜液体化学反应
- 作者优秀
- 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家
- 平台推荐
- 内容稀缺
本案例的目的是演示如何使用ANSYS FLUENT中的欧拉组合PDF输运模型与离散四阶矩方法(DQMOM)设置和求解液相化学反应。
对于涉及液体的反应，组分在分子水平上的混合（也称为微混合）对于确定产物转化方面起着重要作用。在存在平行竞争反应的情况下，微混合可以单独影响期望产物的产率。FLUENT中的快速化学模型，如非预混平衡模型、稳态湍流小火焰模型和涡耗散模型，都无法捕捉微混合的物理过程，因此可能无法准确预测转化率与选择性。
完整的组合PDF输运模型（Composition PDF Transport Model）可以很好地求解液相反应，但Langrangian方法的计算成本非常高，因为动力学计算是使用粒子为基础的方法(Monte Carlo方法)求解的，这些方法计算量巨大。DQMOM-IEM模型以欧拉框架求解PDF输运，这大大减少了计算量，同时能够保留计算准确性。
本案例演示以下内容：
在受限的交叉射流反应器中建立液相化学反应。 设置具有液相微混合扩展的DQMOM-IEM PDF输运模型。 计算求解及后处理。
1 问题描述
受限的交叉射流反应器(confined imping-jet reactor, CIJR)由两个高速共轴液体喷流组成，它们在反应器内发生碰撞并产生毫秒量级的混合时间。本案例采用以下一对二级平行反应来评估混合程度。
第一个反应非常快，其反应速率 ；第二个反应非常慢，反应速率 。
注：括号中的A、B、P1、D、P2、P3、bulk等均为相应组分的代号。
”
当启用液相微混合模型时，FLUENT会从模型湍流和标量谱中对IEM模型中使用的混合常数进行插值。下图显示了两个反应物在反应器中心撞击的CIJR示意图。
2 Fluent设置
以3D、Double Precision 方式启动 Fluent 利用菜单File → Read → Mesh… 读取计算网格dqmom.msh（文件在文末下载）
2.1 General设置
保持默认设置
点击按钮 Units...打开Scale Mesh对话框，指定显示单位为mm，如下图所示
2.2 Models设置
采用 Realiazble k-epsilon湍流模型，启用Enhanced Wall Treatment选项
2.3 Species模型设置
鼠标双击模型树节点 Setup → Models → Species打开Species Model对话框，如下图所示指定参数
点击 OK按钮会弹出错误提示对话框，暂时先关闭，后面再处理。
注：因为暂时还没有创建材料介质，所以Species Models对话框的Boundary标签页中没有办法指定材料。
”
2.4 Materials设置
从材料库中添加water-liquid
在水的基础上修改参数，如下图所示 修改 Name为a修改 Density为962修改 Molecular Weight为1其他参数保持不变，点击按钮 Create/Create替换材料water-liquid
相同方式创建其他的材料介质
| 组分 | Molecular Weight |
|---|---|
| b | 17 |
| d | 89 |
| p1 | 18 |
| p2 | 58 |
| p3 | 32 |
| bulk | 33 |
为混合组分 mixture-template添加组分
定义第1个化学反应（ ）
定义第2个化学反应（ ）
设置混合物的物性参数，如下图所示
注：这是考虑到液体的施密特数较高，因此扩散率较低。
”
2.5 边界条件
打开Species Model对话框，进入 Boundary选项卡，如下图所示指定燃料及氧化剂质量分数
1、leftinlet边界
指定入口速度1.666 m/s
指定 Mixture Fraction为1，表示从该边界进入的是Fuel
2、rightinlet边界
设置入口速度为1.666 m/s
指定 Mixture Fraction为0，表示进入的是Oxidizer
3、outlet边界
出口边界采用默认设置
2.6 Methods设置
进入模型树 Methods，如下图所示设置求解方法
2.8 Controls设置
在模型树 Controls节点下，打开Equations对话框，如下图所示，取消Energy方程的求解
注意：对于具有反应的组分模型，默认启用能量方程。然而对于本案例，流动是等温的，密度也是恒定的。因此不需要求解能量方程。
”
2.9 初始化求解
采用 Hybrid Initialization进行初始化
2.10 求解计算
迭代计算1000步
3 计算结果
速度分布
混合分数分布（在Eulerian PDF Transport…类别下）
组分a质量分数
组分b质量分数
组分d质量分数
组分p1质量分数
组分p2质量分数
组分p3质量分数
组分bulk质量分数
资源链接：
https://pan.baidu.com/s/1ncc3unUugqgNHfcoBLSiyw?pwd=dkym
提取码：dkym
（完）
