Fluent模拟燃气轮机燃烧室.ppt

燃气轮机燃烧室的数值模拟 中国科学院工程热物理研究所 2007.4 什么是CFD ? CFD是英文Computational Fluid Dynamics（计算流体动力学）的简称。其基本原理是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。 CFD就是利用计算机技术、数值计算技术发展而来的，相当于“虚拟”地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况，它是现代模拟仿真技术的一种。 fluent软件包介绍 FLUENT通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。 采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到良好的收敛速度和求解精度。 灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转捩与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械等方面有广泛应用。 FLUENT程序软件包包括以下几个部分 GAMBIT，网格生成 FLUENT解算器 prePDF，用于模拟PDF燃烧过程 TGrid，额外的处理器，用于从现有的边界网格生成体网格。 Filters(Translators)，转换其它程序生成的网格，用于FLUENT计算。可以接口的程序包括：ANSYS, I-DEAS, PATRAN等。 FLUENT计算过程 FLUENT计算步骤 1， 确定几何形状，生成计算网格（用GAMBIT，也可以读入其它指定程序生成的网格） 2， 选择2D或3D来模拟计算 3， 输入网格 4， 检查网格 5， 选择解法器 6， 选择求解的方程：层流或湍流（或无粘流），化学组分或化学反应，传热模型等。确定其它需要的模型如：风扇、热交换器、多孔介质等模型。 7， 确定流体物性 8， 指定边界条件 9， 条件计算控制参数 10， 流场初始化 11， 计算 12， 检查结果 13， 保存结果，后处理等。 Gambit软件的初始化 打开gambit 选择求解器 正对求解器选择不同的边界条件定义器 建立几何模型 利用gambit软件结合普通CAD软件生成几何模型。 Gambit中的图形实体为整个计算区域。 网格生成 边界条件的定义——Specify Type 选择边界对应的几何体 选择边界的类型. 鼠标直接选取. 对定义好的边界可以再操作 更改、删除. 输出网格 将网格文件读入fluent 定义解算器 对于低速问题，通常选用基于压力耦合的隐式求解器。 湍流模型的定义 Fluent中提供了多种湍流模型可供选择，包括：单方程（Spalart-Allmaras）模型、双方程模型、雷诺应力模型和大涡模拟。 在这里选择标准κ-ε模型 组分模型的定义 Fluent中提供了多种组分模型可供选择。 在这里，由于液滴参与燃烧，因此采用非预混模型。 电机确定后提示输入pdf文件，导入pdf文件后系统各组分材料自动导入。 非预混模拟方法已被明确用于模拟进行快速化学反应的紊态扩散火焰的 研究。非预混模型允许预测中间（基本）组分、溶解效应和严格的紊流 化学耦合。因为不需要解大量的组分输运方程，该方法在计算上很有效。 下面几幅图为FLUENT中能用非预混模型处理的典型反应系统结构。 三. 非预混模拟方法的限制和特别反应类型 special cases and Restrictions on the Mixture Fraction Approach 流动是湍流。 化学动力学必须迅速以使流动接近化学平衡。 化学反应系统必须是有分离的燃料和氧化剂入口的扩散类型（喷雾（喷射）燃烧和粉碎燃料火焰也可属此类）。 所有组分和焓的扩散系数相等。是对湍流的良好的近似。 当使用单一混合分数时，必须遵守如下条件 ： （1）仅含一种类型的燃料。燃料可由反应组分（例如，90％的CH4和10％的CO）的一种燃烧混合物组成，可包括多燃料入口。然而，多燃料入口必须有同样的成分。不允许有两个以上的有不同燃料成分的燃料入口（如，一个入口为CH4，一个入口为CO）。类似的，在喷雾燃烧系统或包含反应粒子的系统中，仅允许有一种废气。 （2）仅含一种氧化剂。氧化剂可包括一种组分混合物（如，21％O2，79％N2），可以有多个氧化剂入口。然而，多氧化剂入口必须包含相同的成分。不允许有两个及以上有不同成分的氧化剂入口（如，一个入口为空气，第二而入口为纯氧气入口）。 当使用两个混合分数时，系统中可包含三个流。下面是有效的系统： （1）有两个不同组成的燃料流和一个氧化剂流。每一个燃料流可由一种反应组分混合物组成（例如，90％的CH4和10％的CO）。可包括每一种燃料流的多入口，但