非預(yù)混燃燒模擬行業(yè)相關(guān)

1、fluent中非預(yù)混燃燒模擬 主講:尹敦兵 1特備參考非預(yù)混燃燒非預(yù)混燃燒 燃料和氧化劑以相異流進(jìn)入反應(yīng)區(qū)， 即以不同的輸入途徑流 入反應(yīng)區(qū)的燃燒，稱為非預(yù)混燃燒，此時(shí)，燃燒和混合幾乎是 同時(shí)發(fā)生的。 一一. 初步介紹初步介紹模擬非預(yù)混燃燒方法簡介模擬非預(yù)混燃燒方法簡介 二二. 典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu) a.能用單一混合分?jǐn)?shù)模擬的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)能用單一混合分?jǐn)?shù)模擬的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng) a.簡單燃料氧化劑擴(kuò)散火焰c.用多燃料入口的系統(tǒng)b.用多氧化劑入口的擴(kuò)散系統(tǒng)b.能用二混合分?jǐn)?shù)模擬的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能用二混合分?jǐn)?shù)模擬的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) a.包含兩個(gè)不同燃料入口系統(tǒng)b.包含兩種不同氧化劑入口的系統(tǒng)n流動(dòng)

2、是湍流。n化學(xué)動(dòng)力學(xué)必須迅速以使流動(dòng)接近化學(xué)平衡。n化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)必須是有分離的燃料和氧化劑入口的擴(kuò)散類型（噴霧（噴射）燃燒和粉碎燃料火焰也可屬此類）。n所有組分和焓的擴(kuò)散系數(shù)相等。是對(duì)湍流的良好的近似。n當(dāng)使用單一混合分?jǐn)?shù)時(shí)，必須遵守如下條件 ： （1）僅含一種類型的燃料。燃料可由反應(yīng)組分（例如，90的ch4和10的co）的一種燃燒混合物組成，可包括多燃料入口。然而，多燃料入口必須有同樣的成分。不允許有兩個(gè)以上的有不同燃料成分的燃料入口（如，一個(gè)入口為ch4，一個(gè)入口為co）。類似的，在噴霧燃燒系統(tǒng)或包含反應(yīng)粒子的系統(tǒng)中，僅允許有一種廢氣。 （2）僅含一種氧化劑。氧化劑可包括一種組分混合物（如

3、，21o2，79n2），可以有多個(gè)氧化劑入口。然而，多氧化劑入口必須包含相同的成分。不允許有兩個(gè)及以上有不同成分的氧化劑入口（如，一個(gè)入口為空氣，第二而入口為純氧氣入口）。 三三. 非預(yù)混模擬方法的限制和特別反應(yīng)類型非預(yù)混模擬方法的限制和特別反應(yīng)類型 special cases and restrictions on the mixture fraction approach非預(yù)混方法僅能用于當(dāng)反應(yīng)流動(dòng)系統(tǒng)滿足以下要求時(shí)：a.限制限制注意：非預(yù)混模型僅能由分離求解器求解，不支持耦合求解器求解。注意：非預(yù)混模型僅能由分離求解器求解，不支持耦合求解器求解。 圖示為不能用非預(yù)混模型模擬的預(yù)混結(jié)構(gòu) b

4、.特別反應(yīng)類型特別反應(yīng)類型a.液體燃料或煤燃燒的非預(yù)混模型 如果在模擬中包括小液滴或煤顆粒，可以應(yīng)用非預(yù)混模型。 在液體情況下，以求解域里蒸發(fā)的液體燃料作為一個(gè)燃料混合分?jǐn)?shù)。 在為煤的情況下，揮發(fā)物和焦炭產(chǎn)物可被定義為兩種不同的燃料類型 （用兩個(gè)混合分?jǐn)?shù)）或這定義為單一廢氣成分（用一個(gè)混合分?jǐn)?shù)）， b.帶有廢氣循環(huán)的非預(yù)混模型 非預(yù)混模型解決的多數(shù)問題只包含純氧化劑和純?nèi)剂希╢=0或f=1）的入口，當(dāng)有廢氣循環(huán)時(shí)，情況發(fā)生變化。有一個(gè)混合分?jǐn)?shù)中間值（0f1）入口，這個(gè)入口代表一個(gè)完全的反應(yīng)的混合物，并提供混合分?jǐn)?shù)中間值。 由于f為一個(gè)守恒量，廢氣循環(huán)入口處的混合分?jǐn)?shù)可計(jì)算作exitrecyco

5、xfuelexitrecycfuelfmmmfmm)(oxfuelfuelexitmmmf或式中：fexit為出口混合分?jǐn)?shù)（和廢氣循環(huán)入口處的混合分?jǐn)?shù)）， 為氧化劑入口的質(zhì)量流量速率， 為燃料入口的質(zhì)量流量速率， 為循環(huán)入口的質(zhì)量流量速率。 oxm fuelm recycm (30)(31)如果包括次要流，則為oxfuelfuelexitfuelmmmmfsec,oxmmmpsecsecsec帶有廢氣循環(huán)的非預(yù)混模擬示意圖 (32)(33) 混合分?jǐn)?shù)定義混合分?jǐn)?shù)定義 denition of the mixture fraction： 混合分?jǐn)?shù)就是在所有組分（co2、h2o、o2等）里，燃燒和未

6、燃燒 的燃料流里的元素（c、h等）的局部質(zhì)量分?jǐn)?shù)。即來源于燃料流的元 素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)包括所有來自燃料流的元素，包括惰性組 分，n2，也包括與燃料混合的氧化性組分，如o2。 這個(gè)值是守恒的。混合分?jǐn)?shù)可根據(jù)原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)寫為：oxifuelioxiizzzzf,式中：zi元素i的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。下標(biāo)ox表示氧化劑流入口處的值， fuel表示燃料流入口處的值。(1)在有次要流（secondary stream）參與的流動(dòng)中，燃料和次要流混合分?jǐn)?shù)簡化為燃料和次要流的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，系統(tǒng)中fuel, secondary stream, and oxidizer這三種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的和總是等于1：1secoxf

7、uelfff 這表明在混合分?jǐn)?shù)空間中只有在平面abc（見圖1）上的點(diǎn)有效。因此，這兩個(gè) 混合分?jǐn)?shù)，ffuel和fsec不能獨(dú)立變化；他們的值僅在如果他們位于圖1所示三角 形obc里面時(shí)才有效。(2)fluent離散三角形離散三角形obc如圖所示。本來對(duì)于單一混合分?jǐn)?shù)情形，原如圖所示。本來對(duì)于單一混合分?jǐn)?shù)情形，原始混合分?jǐn)?shù)始混合分?jǐn)?shù)ffuel允許在允許在0到到1之間變化，而對(duì)次要混合分?jǐn)?shù)，當(dāng)其位于之間變化，而對(duì)次要混合分?jǐn)?shù)，當(dāng)其位于線上時(shí)，根據(jù)下列方程確定線上時(shí)，根據(jù)下列方程確定fsec：)1(secsecfuelfpf式中：式中：psec標(biāo)準(zhǔn)次要混合分?jǐn)?shù)，為直線與次要混合分?jǐn)?shù)軸交叉點(diǎn)處的值。標(biāo)

8、準(zhǔn)次要混合分?jǐn)?shù)，為直線與次要混合分?jǐn)?shù)軸交叉點(diǎn)處的值。圖14.1.2 ffuel, fsec, and psec之間的關(guān)系與fsec不同的是，psec的取值限制在0到1之間，與ffuel的值無關(guān) (3) 混合分?jǐn)?shù)的輸運(yùn)方程混合分?jǐn)?shù)的輸運(yùn)方程 transport equations for the mixture fractiona. 平均（時(shí)間平均）混合分?jǐn)?shù)方程為：平均（時(shí)間平均）混合分?jǐn)?shù)方程為：usermttssffvft)()(源項(xiàng)源項(xiàng)sm僅指質(zhì)量由液體燃料滴或反應(yīng)顆粒（如煤）傳入氣相中。僅指質(zhì)量由液體燃料滴或反應(yīng)顆粒（如煤）傳入氣相中。suser為任何用戶定義源項(xiàng)。為任何用戶定義源項(xiàng)。 (

9、4)userdtgttsfkcfcffvft22222b. 關(guān)于平均混合分?jǐn)?shù)均方值關(guān)于平均混合分?jǐn)?shù)均方值 的守恒方程的守恒方程2f 式中：式中：fff常數(shù)t、cg和和cd分別取分別取0.85，2.86和和2.0，suser為用戶定義源項(xiàng)。為用戶定義源項(xiàng)?；旌戏?jǐn)?shù)均方值用在描述紊流化學(xué)反應(yīng)的封閉模型中混合分?jǐn)?shù)均方值用在描述紊流化學(xué)反應(yīng)的封閉模型中(5) c. 對(duì)于一個(gè)二混合分?jǐn)?shù)問題，用 fuelf2fuelf f2f fuelf2fuelf 得到和 。因此用方程 可計(jì)算 )1(secsecfuelfpfsecp用 用 而不是 secpf2secp 2secp2secf 大渦模擬（大渦模擬（les

10、）非預(yù)混模型）非預(yù)混模型 the non-premixed model for lesa. 對(duì)大渦模擬（les），解一個(gè)關(guān)于平均混合分?jǐn)?shù)的方程，該方程除了 為次網(wǎng)格尺度粘度以外，形式上與方程 (4) 相同b. 混合分?jǐn)?shù)均方值22var2flcfsgs式中：cvar用戶可調(diào)節(jié)常數(shù)；lsgs次網(wǎng)格尺度。t(6)混合分?jǐn)?shù)與平衡比的關(guān)系混合分?jǐn)?shù)與平衡比的關(guān)系 mixture fraction vs. equivalence ratioprrof)1 ( 式中r為質(zhì)量基礎(chǔ)上的空氣燃料比。將平衡比表示為，式中化學(xué)當(dāng)量實(shí)際（空氣燃料）（空氣燃料）(7)(8)在多數(shù)普通混合條件下，方程可被寫成：prrof)(

11、觀察方程的左邊，系統(tǒng)作為一個(gè)整體的混合分?jǐn)?shù)可被推得為：rf這是一個(gè)非常重要的結(jié)果，允許在化學(xué)當(dāng)量條件下12(9)(10)f與組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度及溫度之間的關(guān)系與組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度及溫度之間的關(guān)系relationship of f to species mass fraction, density, and temperaturea.絕熱反應(yīng)系統(tǒng) 單一的燃料氧化劑系統(tǒng)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度 和溫度的瞬時(shí)值僅依賴于瞬時(shí)混合分?jǐn)?shù)f：)( fii包括一個(gè)次要流，瞬時(shí)值將依賴于瞬時(shí)燃料混合分?jǐn)?shù)ffuel和次要部分分?jǐn)?shù)psec：),(secpffueliii 代表瞬時(shí)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度或溫度 (11)(12)a

12、. 非絕熱反應(yīng)系統(tǒng) 對(duì)于單一混合分?jǐn)?shù)系統(tǒng)，這種關(guān)系概括為：),(*hfii包括一個(gè)次要流的情況),(*sechpffuelii式中h*為瞬時(shí)焓jttjrefjjpjjjjjrefthdtcmhmh,)(,0,*(13)(15)(14)（二）描述系統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)的模型（二）描述系統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)的模型 a. 火焰面近似值火焰面近似值the flame sheet approximation （混合的就是燃燒的，（混合的就是燃燒的，mixedisburned）：）： 最簡單的反應(yīng)類型最簡單的反應(yīng)類型,這種方法假設(shè)化學(xué)反應(yīng)無限快，不可逆，這種方法假設(shè)化學(xué)反應(yīng)無限快，不可逆， 燃料和氧化劑組分在空間中永遠(yuǎn)不共存

13、，并且一步完全轉(zhuǎn)化燃料和氧化劑組分在空間中永遠(yuǎn)不共存，并且一步完全轉(zhuǎn)化 為最終產(chǎn)物。這種描述允許組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)用給定的反應(yīng)化學(xué)為最終產(chǎn)物。這種描述允許組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)用給定的反應(yīng)化學(xué) 當(dāng)量直接確定，而不需要反應(yīng)率或者化學(xué)平衡信息。這種簡當(dāng)量直接確定，而不需要反應(yīng)率或者化學(xué)平衡信息。這種簡 單的系統(tǒng)描述的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和混合分?jǐn)?shù)之間服從直線關(guān)系，單的系統(tǒng)描述的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和混合分?jǐn)?shù)之間服從直線關(guān)系， 如圖如圖 應(yīng)用火焰面近似值得到應(yīng)用火焰面近似值得到的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和焓的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和焓 由于不需要反應(yīng)率或者平衡計(jì)算，火焰面近似值可以很容易地并且快速的由于不需要反應(yīng)率或者平衡計(jì)算，火焰面近似值可以很容易地

14、并且快速的計(jì)算出。然而，火焰面近似值模型受限于一步反應(yīng)的預(yù)測，不能預(yù)測中間計(jì)算出。然而，火焰面近似值模型受限于一步反應(yīng)的預(yù)測，不能預(yù)測中間組分形成或離解效應(yīng)。這經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重過高預(yù)測火焰峰值溫度，特別是組分形成或離解效應(yīng)。這經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重過高預(yù)測火焰峰值溫度，特別是那些涉及高溫的系統(tǒng)（例如，預(yù)熱或者富氧）。那些涉及高溫的系統(tǒng)（例如，預(yù)熱或者富氧）。b. 平衡假設(shè)平衡假設(shè)equilibrium assumption：平衡模型假設(shè)化學(xué)反應(yīng)足夠迅速：平衡模型假設(shè)化學(xué)反應(yīng)足夠迅速以使化學(xué)平衡總保持在分子水平上。根據(jù)最小吉布斯自由能法則，可由以使化學(xué)平衡總保持在分子水平上。根據(jù)最小吉布斯自由能法則，可由

15、f 來計(jì)來計(jì)算組分摩爾分?jǐn)?shù)。圖顯示甲烷在空氣中的燃燒中一個(gè)包括算組分摩爾分?jǐn)?shù)。圖顯示甲烷在空氣中的燃燒中一個(gè)包括10種組分的反應(yīng)系種組分的反應(yīng)系統(tǒng)的摩爾分?jǐn)?shù)。統(tǒng)的摩爾分?jǐn)?shù)。由于其能預(yù)測中間組份的生成以及不需由于其能預(yù)測中間組份的生成以及不需要詳細(xì)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)比率數(shù)據(jù)的知識(shí)，要詳細(xì)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)比率數(shù)據(jù)的知識(shí)，因此平衡模型很有效。因此平衡模型很有效。fluent會(huì)根會(huì)根據(jù)化學(xué)平衡預(yù)測每一種組分的摩爾分?jǐn)?shù)。據(jù)化學(xué)平衡預(yù)測每一種組分的摩爾分?jǐn)?shù)。fluent允許對(duì)那些瞬時(shí)混合分?jǐn)?shù)低于指定富限允許對(duì)那些瞬時(shí)混合分?jǐn)?shù)低于指定富限frich以下的情況限制以下的情況限制完全平衡計(jì)算。在富燃料區(qū)域（如，完全平衡計(jì)

16、算。在富燃料區(qū)域（如，平衡比大于大于1.5），當(dāng)瞬時(shí)混合分），當(dāng)瞬時(shí)混合分?jǐn)?shù)超過數(shù)超過frich，fluent就假定燃燒反應(yīng)熄滅，未燃燃料與已反應(yīng)物質(zhì)就假定燃燒反應(yīng)熄滅，未燃燃料與已反應(yīng)物質(zhì)共存。在這種富燃料區(qū)域內(nèi)，在已知混合分?jǐn)?shù)值下的組分，由限制混合共存。在這種富燃料區(qū)域內(nèi)，在已知混合分?jǐn)?shù)值下的組分，由限制混合（f=frich）和已知化學(xué)當(dāng)量的燃料入口流（）和已知化學(xué)當(dāng)量的燃料入口流（f=1）組成計(jì)算?；瘜W(xué)當(dāng)）組成計(jì)算?；瘜W(xué)當(dāng)量既可人為給出，也可由在富限（量既可人為給出，也可由在富限（f=frich）處的化學(xué)平衡自動(dòng)確定。）處的化學(xué)平衡自動(dòng)確定。本方法，即本方法，即部分平衡法部分平衡法，允許

17、在富火焰區(qū)域繞過復(fù)雜的平衡計(jì)算。富火，允許在富火焰區(qū)域繞過復(fù)雜的平衡計(jì)算。富火焰區(qū)復(fù)雜的平衡計(jì)算耗時(shí)且可能不代表真正的燃燒過程。當(dāng)需要完全平焰區(qū)復(fù)雜的平衡計(jì)算耗時(shí)且可能不代表真正的燃燒過程。當(dāng)需要完全平衡法時(shí)，可以簡單定義富限為衡法時(shí)，可以簡單定義富限為frich1.0。平衡計(jì)算中包括的組分必須存在于平衡計(jì)算中包括的組分必須存在于prepdf訪問的化學(xué)數(shù)據(jù)庫中。訪問的化學(xué)數(shù)據(jù)庫中。注：化學(xué)平衡計(jì)算中包含的組分應(yīng)該可能不含注：化學(xué)平衡計(jì)算中包含的組分應(yīng)該可能不含nox組分，因?yàn)榻M分，因?yàn)閚ox反應(yīng)率慢，不應(yīng)用平衡假設(shè)對(duì)待。為此，采用了反應(yīng)率慢，不應(yīng)用平衡假設(shè)對(duì)待。為此，采用了fluent nox

18、后處理器中集成的有限率化學(xué)動(dòng)力學(xué)最精確地預(yù)測后處理器中集成的有限率化學(xué)動(dòng)力學(xué)最精確地預(yù)測nox濃度。濃度。c. 非平衡化學(xué)反應(yīng)非平衡化學(xué)反應(yīng)non-equilibrium chemistry (小火焰模型小火焰模型(flamelet model)： 在非平衡效應(yīng)的非常重要的燃燒模型中，假定局部化學(xué)平衡會(huì)導(dǎo)致不真實(shí)的在非平衡效應(yīng)的非常重要的燃燒模型中，假定局部化學(xué)平衡會(huì)導(dǎo)致不真實(shí)的 結(jié)果。平衡假設(shè)被打破的典型例子是模擬碳?xì)浠衔锘鹧娴母贿?，預(yù)測控制結(jié)果。平衡假設(shè)被打破的典型例子是模擬碳?xì)浠衔锘鹧娴母贿?，預(yù)測控制 nox生成的中間組分以及模擬射流火焰的生成的中間組分以及模擬射流火焰的lift-o

19、ff和和blow-off現(xiàn)象?，F(xiàn)象。在眾多實(shí)踐的基礎(chǔ)上，有幾種方法對(duì)克服這些模擬困難有用：在在眾多實(shí)踐的基礎(chǔ)上，有幾種方法對(duì)克服這些模擬困難有用：在fluent中，中，部分平衡富限限制法部分平衡富限限制法（b所講的所講的）能被用來模擬碳?xì)浠衔锘鹧娴母蝗剂线?；）能被用來模擬碳?xì)浠衔锘鹧娴母蝗剂线?；而而小火焰模型小火焰模型是解決此類問題更為一般的解決方法。是解決此類問題更為一般的解決方法。 方程1115描述了平衡、小火焰或mixed is burned化學(xué)反應(yīng)模型給中，混合分?jǐn)?shù)與組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度和溫度之間的瞬時(shí)關(guān)系。然而，fluent對(duì)預(yù)測紊態(tài)反應(yīng)流動(dòng)關(guān)心的是預(yù)測這些脈動(dòng)量的時(shí)間平均值。這些

20、時(shí)間平均值與依賴于湍流化學(xué)反應(yīng)相互作用模型的瞬時(shí)值是如何相關(guān)的呢？當(dāng)應(yīng)用非預(yù)混模擬方法時(shí)，fluent應(yīng)用假設(shè)分布幾率密度函數(shù)法（pdf）作為封閉模型。本節(jié)將描述pdf封閉模型。 概率密度函數(shù)p(f)，描述了湍流中f的瞬時(shí)脈動(dòng)值，擁有非常 有益的屬性，即他可被用于計(jì)算依賴于f 的變量的時(shí)間平均值a.概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)p(f)概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)p(f)iittffp1lim)(寫成數(shù)學(xué)型式，即式中：t時(shí)間尺度，iff 花在段內(nèi)的時(shí)間總量。 (16)10)()(dfffpiib. 摩爾分?jǐn)?shù)和溫度以及密度的時(shí)間平均值摩爾分?jǐn)?shù)和溫度以及密度的時(shí)間平均值(在絕熱系統(tǒng)中在絕熱系統(tǒng)中) a.單一

21、混合分?jǐn)?shù)系統(tǒng) 摩爾分?jǐn)?shù)和溫度的時(shí)間平均值可被計(jì)算為 密度的時(shí)間平均值10)()(1dfffp(18)(17)式中：p1為ffuel-的pdf，p2為psec的pdf。這里，假定ffuel和psec具有統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性，那么p(ffuel,psec)=p1(ffuel)p2(psec)。 1010secsecsec21),()()(dpdfpfppfpfuelfuelifuelib. 當(dāng)存在次要流時(shí) 摩爾分?jǐn)?shù)和溫度的時(shí)間平均值可被計(jì)算為: 密度的時(shí)間平均值: 1010secsecsec21),()()(1pdfpfppfpfuelfuelfuel)( f),(secpffuel或?yàn)橛脷怏w定律方程中瞬時(shí)

22、組分摩爾分?jǐn)?shù)和溫度得到的瞬時(shí)密度 (19)(20)c. pdf形狀形狀 在fluent中假定的pdf,其形狀p(f)，由兩個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)中的一個(gè)來描述：函數(shù)最接近實(shí)驗(yàn)觀察到的pdf 這些函數(shù)產(chǎn)生的分布僅依賴于平均混合分?jǐn)?shù) 及其變化量 f2f 之所以選擇這些函數(shù)，是建立在濃度實(shí)驗(yàn)測量的基礎(chǔ)之上的 下面詳細(xì)介紹每一個(gè)函數(shù) 容易計(jì)算,精度總是比 函數(shù)低 如能確定函數(shù)p(f)（或者p1(ffuel)和p2(psec)）的形狀，再運(yùn)用以上方程就能夠確定流體中每點(diǎn)各自的時(shí)間平均狀態(tài)參數(shù) 。下面對(duì)pdf形狀進(jìn)行分析雙 函數(shù)a.雙 函數(shù)pdf（the double delta function pdf） 其他,

23、0, 5 . 0, 5 . 0)(22fffffffp雙 函數(shù)pdf可由下列方程組確定通過給定f=1和f=0附近的合適的邊界， 精度所限，雙 函數(shù)pdf僅能用在特殊環(huán)境中 (21)雙 函數(shù)pdf形狀例子 b. 函數(shù)pdf（the -function pdf ）函數(shù)pdf形狀通過下述函數(shù)給定： dffffffp1111)1 ()1 ()(式中：1)1 (2ffff1)1 ()1 (2ffff(22)(23)(24)3 . 0f005. 02 f 函數(shù)pdf形狀 1 . 0f01. 02 ffluent通過方程4，5確定流場中每一點(diǎn)處 和 的預(yù)測值，由此可以算出pdf形狀，再用方程1720來確定組

24、分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度和溫度的時(shí)間平均值。 f2f 圖描述了單一混合分?jǐn)?shù)的邏輯依賴關(guān)系。 以及化學(xué)反應(yīng)模型的邏輯依賴關(guān)系（絕熱，單一混合分?jǐn)?shù)系統(tǒng)）i平均標(biāo)量 關(guān)于 ， f2f小結(jié)小結(jié)：(四四) 非預(yù)混模型的非絕熱拓展非預(yù)混模型的非絕熱拓展 non-adiabatic extensions of the non-premixed model 許多反應(yīng)系統(tǒng)通過對(duì)流和輻射換熱對(duì)壁面、小滴或者顆粒進(jìn)行熱傳導(dǎo)。在這樣的流動(dòng)中，局部熱化學(xué)狀態(tài)不再僅與f有關(guān)，還與焓h有關(guān)。系統(tǒng)焓影響著化學(xué)平衡計(jì)算和反應(yīng)之后的流體溫度。因此，當(dāng)由混合分?jǐn)?shù)計(jì)算標(biāo)量時(shí)，必須考慮由于熱損失引起的焓的變化。 ),(*hfiia.單一混合分

25、數(shù)系統(tǒng)的依賴關(guān)系變?yōu)?在這樣的非絕熱系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)利用一個(gè)聯(lián)合概率密度函數(shù) p(f,h*)來考慮紊動(dòng)脈動(dòng)。然而，對(duì)多數(shù)工程應(yīng)用來說，p(f,h*)的計(jì)算不可行。 a.非絕熱下質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度和溫度的瞬時(shí)值與非絕熱下質(zhì)量分?jǐn)?shù)、密度和溫度的瞬時(shí)值與f的關(guān)系的關(guān)系(25)h*由方程15給定 通過假定焓的脈動(dòng)獨(dú)立于焓的級(jí)別，可對(duì)問題可進(jìn)行重要的簡化，得到p=p(f)及 dffphfii)(),(10*the problem can be simplified significantly by assuming that the enthalpy fluctuations are independent o

26、f the enthalpy level (heat losses do not significantly impact the turbulent enthalpy fluctuations)因此在非絕熱系統(tǒng)中 的確定需要解時(shí)間平均焓的模擬輸運(yùn)方程：ihpishckhvht*)()(式中源項(xiàng)sh考慮了對(duì)墻邊界的輻射、傳熱以及與第二相之間的熱交換。 (26)(27)圖描述了關(guān)于fluent中對(duì)非絕熱單一混合分?jǐn)?shù)系統(tǒng)里的 , 以及 預(yù)測的平均標(biāo)量值（組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，密度和溫度）的邏輯依賴關(guān)系。 f2f*hb.當(dāng)系統(tǒng)包括次要流時(shí)，標(biāo)量依賴關(guān)系變?yōu)椋?,(*sechpffuelii平均值的計(jì)算為：

27、secsec211010*sec)()(),(dpdfppfphpffuelfuelfuelii (28)(29)（1）存在壁面?zhèn)鳠嵋约拜椛涞南到y(tǒng)需用pdf模型的非絕熱擴(kuò)展部分。（2）燃料或氧化劑有多個(gè)入口，且入口處各組溫度不同，或者存在廢氣循 環(huán)的系統(tǒng)需用非絕熱模型。（3）在載有粒子的流動(dòng)中（例如，液體燃料系統(tǒng)或煤燃燒系統(tǒng)） 需用非絕熱模型，因?yàn)檩d有粒子的流動(dòng)含有對(duì)分散相的傳熱。 下圖闡明了幾種必須包括pdf模型的非絕熱形式的系統(tǒng)。 需使用非絕熱模型的類型需使用非絕熱模型的類型(a)到主邊界的傳熱和或輻射傳熱（b）不同溫度的多燃料和氧化劑入口（c）分散相傳熱傳質(zhì)（如，液體燃料或煤燃燒）注：即

28、使系統(tǒng)是非絕熱的，在作初始練習(xí)時(shí)，可以對(duì)其進(jìn)行簡單的絕熱計(jì)算， 這是一種有效的方式來限制非絕熱分析。 三三.的計(jì)算的計(jì)算fluent軟件包為模擬非預(yù)混平衡化學(xué)反應(yīng)提供了兩種不同方法。既可以選擇單一混合分?jǐn)?shù)法，也可以選擇二混合分?jǐn)?shù)法，這依賴于有多少個(gè)流（stream）。prepdf儲(chǔ)存“l(fā)ook-up tables”中關(guān)于流的信息，這些信息隨后被fluent用來解混合分?jǐn)?shù)、焓以及各種標(biāo)量。 （一）基本概念（一）基本概念1.prepdf預(yù)處理器預(yù)處理器為保持計(jì)算時(shí)間最小，非預(yù)混模型中多數(shù)的計(jì)算 通過在fluent模擬以外用單獨(dú)代碼預(yù)處理化學(xué)計(jì) 算并進(jìn)行pdf積分，這稱為prepdf。（1）單一混合分?jǐn)?shù)時(shí)）單一混合分?jǐn)?shù)時(shí))1 (25. 022ffffs注：表格中采用比例化的混合分?jǐn)?shù)（scaled mixture fraction）變量，定義為 (33)時(shí)時(shí)給定在流域中一點(diǎn)上 和 的fluent預(yù)測值，由表中可獲得該點(diǎn)處的時(shí)間平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，時(shí)間平均密度和時(shí)間平均溫度（ ） 。查詢表為prepdf的計(jì)算結(jié)果 。if2f 每一個(gè)標(biāo)量（組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，密度，溫度），只有一個(gè)這樣的查詢表。圖中的表是方程積分的數(shù)學(xué)結(jié)果 fluent首先用方程33計(jì)算比例化的混合分?jǐn)?shù)變化量,因?yàn)閱我换旌戏謹(jǐn)?shù)查詢表中包