煤粉燃燒模擬湍流破碎模型

1、煤粉燃燒一一湍流破碎模型(EBU)簡介該幫助文件主要介紹煤粉燃燒模型的設(shè)置和求解，采用湍流破碎模型(EBU)。EBU燃燒模型，也稱渦團(tuán)破碎模型，假設(shè)化學(xué)反應(yīng)的平均速度與化學(xué)動力 學(xué)無關(guān)，而只取決于低溫的反應(yīng)物和高溫的燃燒產(chǎn)物之間的湍流混合作用。主要包括：1) 煤粉燃燒模型的建立和求解2) 湍流破碎模型(EBU)的應(yīng)用3) 選擇合適的求解參數(shù)4) 計算結(jié)果的后處理問題描述3D模型的剖面圖如圖1所示。左側(cè)為兩個環(huán)形入口，右側(cè)為一個圓形出口 由于模型的對稱性，取系統(tǒng)的1/4進(jìn)行建模。煤粉和攜帶空氣(一次風(fēng))從內(nèi)環(huán) 進(jìn)入燃燒室，二次風(fēng)從外環(huán)進(jìn)入燃燒室，發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)物從壓力出口流出。 模型建立和求解

2、Stepl:網(wǎng)格1、讀取mesh文件2、檢查網(wǎng)格：grid - check3、顯示網(wǎng)格：display grida) 從列表框中選取所有surfacesb) 點擊 display，并關(guān)閉 grid display 面板Step2模型1、選擇k- &湍流模型Define f models + viscous2、啟動能量方程Define models en ergy3、啟動物質(zhì)輸運方程Define+ models 一k species-tran sport & react iona）選擇 model 列表中的 species transportb）選擇 reaction 列表中的 volumetr

3、icc）選擇 mixture material 歹U表中的 coal-hv-volatiles-aird） 選擇turbulence-chemistry interaction （湍流與化學(xué)反應(yīng)的作用）列表 中的eddy dissipation （渦流耗散）e）點擊 ok, 關(guān)閉 species modeI面板4、啟動Discrete ordinates模型（DO離散坐標(biāo)系）a）從 model 歹U表中選擇 discrete ordinatesb） 設(shè)置 flow iterations per radiation iteration （流動和輻射迭代次數(shù)）為 1c） 設(shè)置 angular di

4、scretization （角離散化）中的 Theta Divisions and Phi Divisions 為 4d） 設(shè)置 angular discretization （角離散化）中的 Theta Pixels and Phi Pixels 為3e）點擊 ok, 關(guān)閉 radiati on model5、啟動discrete phase（離散相）模型a）M ax number of steps （最大步數(shù)）40000b）啟動 specify length scale （步長），設(shè)為 0.0025c）點擊 ok, 關(guān)閉 discrete phase面板Step3: injections

5、（噴口）1、v-1 入口截面設(shè) 9 個噴口： define k injectionsa）點擊creat,新建噴口c）9個噴口通用性質(zhì)，見表lrameterValueParticle TypeCombustingMaterialcoal-hvDevolatilizing Specieshv_volProduct Speciesco2Oxidizing Specieso2Point PropertiesTemperature = 343, Z-Velocity 23,11Turbulent DispersionStochasti匚 Model with vaues for Number of Tr

6、ies and Time S匚制總 Constant as 10 and 0 IB respectively.c） 點擊 turbulent dispersion, 并啟動 discrete random walk modeld）設(shè)置噴口的流速和顆粒半徑Injection ?saineDiainetey (ni)Flow Rateinje 匚le-60.00018264inje 匚 tion-10.00073056injectionle-50,00127848injection2 . 5&亠50.00438336injection-45e-50.00584448inje 匚 tion 5n00

7、347016injectiofi60.00010.00146112injection0.00020,00073056inje 匚 tion-80.00030.00018264e）其它參數(shù)保留默認(rèn)值f）關(guān)閉injections 面板Step4： materials （物質(zhì)特性）1、修改 coal-hv-volatiles-air 混合物的特性：define* materialsa）從數(shù)據(jù)庫中添加COb）點擊mixture species的edit，打開species面板，將 CO添加至右側(cè) mixture species列表中，并保證 N2位于列表的最后c）點擊 reaction 的 edit，

8、打開 react ions 面板，編輯 eddy-dissipati on 的反 應(yīng)式，如下：lieactantsProductsNumber of Re actants = 2Number of Products = 4Stoiclb Coefficients hv_Tcl 1o2 = 2.46Stoich Coefficients co 2.17co2 = 0.633h2o = 2.118n2 二 0,071Table 3: K eact ion 1ReactantsProductsXumber of K eactants 二 2Niuuher of Products 二 1Stoicli

9、. Coefficientsco = 1o2 = 0.5Stoicli. Coefficient co 2 = 1Table 4: Reaction 2其余參數(shù)保留默認(rèn)值，關(guān)閉reactio ns面板2、設(shè)置燃燒顆粒coal-hv的特性PropertyValueDensity1000CplidoLatent Heat0Vapori2ation Temperature343Volatile Component Fra匚tion55Binary Diffusivity3s-5Swelling Coefficient2Burnout StoichiometriC Ratio2.67Combustib

10、le Fraction36 +了Heat of Rea匚tion for Burnout3.29e7React. Heat Fraction Absorbed by Solid0Combustion Modelkinetics.- difFusio n-lirnitmdr；1ass LfFusion-Limited Rate Constant = 5e-12Kinetics-Limited Rate Pre-Exponential Factor =6.7Kinetics-Limited Rate Activation Energy = 1.138e81 aporization teTiiper

11、afure of coni.為 773 K. But. to tart the ct仮c存門”艮 ire 對詡 lower it to 343 K and once the flame shape is obtained, it trill be changed to the original value.3、設(shè)置 02、C02、H20、CO、N2 的特性在Cp列表中選擇piecewise-polynomial，保留默認(rèn)參數(shù)4、設(shè)置 coal-hv-volatiles 特性ia? Enter 50 for Molecular Weight and -1.8474e7 for Standard

12、State Enthalpy.5、點擊 change/create按鈕，關(guān)閉 materials面板Step5:操作條件Define operati ng con diti ons保留默認(rèn)參數(shù)。Step6:設(shè)置 UDFudf導(dǎo)入后用于設(shè)置后續(xù)的邊界條件。Define user defi ned functions in terpreted1、設(shè)置源文件的名稱，C函數(shù)(coal-ebu.c)2、設(shè)置C預(yù)處理中CPP的命令名迭代次數(shù)取默認(rèn)值10000,除非udf函數(shù)中的局部變量超出該值造成溢出。該case中，保證迭代次數(shù)高于局部變量。3、 如果用flue nt的預(yù)處理代替，則選擇 use con

13、tributed CPP選項；4、 點擊 interpret，關(guān)閉 interpretd UDFs 面板如果編譯過程出現(xiàn)錯誤，則調(diào)試至無錯誤為止。Step7：邊界條件Define -*boun dary con diti on1、入口 V-1的設(shè)置如下larameterValueVelocity Magnitude23.11 ni/sTemperature343 KTurbulence Intensity10%Hydraulic Diameter0.013 mSpecies Mass Fractionso2 = 0.2315Internal Emissivity1Discrete Phase

14、BC Typeescape2、入口 V-2的設(shè)置如下:ParameterValueVelocity Specification MethodComponentsCoord i riNtE SystemCylindrical (Radial, Tangential, Axial)Radial-Velocity0Tangential-Velocityudf vinlet2wvelAxial-Velocityudf vinlet2uvelTemperature573 KTurbulence Intensity12 %Hydraulic Diameter0.047 inSpecies Mass Fra

15、ctionso2 = 0.23153、出口 P-1的設(shè)置如下:IararneterValueGauge Pressure0Backflow Total Temperature1000 K匚kflow Turbulence Intrnsity10%Backflow Hydraulic Diameter1 inSpecies Mass Fractionso2 = 0.23154、設(shè)置壁面邊界條件，溫度和內(nèi)部輻射系數(shù)如下:ZoneTemp erat ureInternal Emissivityw3430.6w-25730.6w-38730.6w-412730.5w5udf wallbtemp0,5w

16、-6udf wallStemp0.5w-7udf wall7teirip0.5w-813230.5w-910730.55、設(shè)置周期性旋轉(zhuǎn);6、關(guān)閉面板Step8:無反應(yīng)流動計算1、關(guān)閉體反應(yīng)Define - models species tran sport&reactio n2、關(guān)閉離散坐標(biāo)輻射模型a）從 equations列表框中關(guān)閉 discrete oridinatesb）點擊OK，關(guān)閉面板3、關(guān)閉與連續(xù)相的交互反應(yīng)（in teraction）define models discrete phase4、初始化計算區(qū)域Solve in itialize in itialize5、打開殘差

17、監(jiān)視圖Solve mon itors residual6、迭代計算100步Solve 一 iterate7、改變計算控制參數(shù)Solve controls solutiona）壓降選擇PRESTO!b） 壓力、動量、湍流的松弛因子分別設(shè)為0.5、0.2和0.7c）點擊OK，關(guān)閉面板8迭代計算00步。Step9加入反應(yīng)流的計算1、啟動與連續(xù)相的交互作用（interection with continuous phas ,設(shè)置交互間隔為1步；2、啟動體反應(yīng)（volumetric reactions）;3、反應(yīng)區(qū)域中補充考慮高溫和生成物分子量：Adapt regi onDefinemodels dis

18、crete phasea）在 shapes列表中選擇 cylinder ；b）在面板中輸入坐標(biāo)值；c）點擊mark，關(guān)閉面板4、在反應(yīng)區(qū)域考慮如下參數(shù)：Solve initialize * patcha）選擇cylinder-rO，設(shè)置參數(shù)如下溫度=2000KH2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)=0.01CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)=0.01b）關(guān)閉面板5、設(shè)置松弛因子如下：Energy0.95Species0.95Discrete Phase Sour匚e呂16迭代計算1步；7、保存 case和 data（ coal-ebu-react-star）；8、設(shè)置每50步進(jìn)行DPM交互計算9、設(shè)置 discrete phase so

19、urce的松弛因子為 0.1;10、迭代計算300步。Step10進(jìn)行收斂計算1、改變計算控制參數(shù)Solve controls solutiona） 從equations列表框中選擇discrete ordinates （離散坐標(biāo)系）；b）Density松弛因子設(shè)為0.72、迭代計算為00步；3、 保存 case和 data （名稱 coal-ebu-1）；4、 設(shè)置離散化列表中動量、湍動能、湍流耗散率、hv-vol、02、CO2、H2O、CO和能量為二階迎風(fēng)；5、迭代計算為00步；6、 保存 case和 data （名稱 coal-ebu-2）7、啟動粒子輻射計算；Define models * discrete phase8改變?nèi)紵w粒的特性Define * materialsa）蒸發(fā)溫度設(shè)為773K ；b）顆粒離散因子設(shè)為0.159、 所有物質(zhì)的松弛因子設(shè)為1, energy和turbulenee的松弛因子分別設(shè)為0.9