ANSYS Fluent燃烧模型简介

K哥

燃烧是一种相当复杂的化学反应，通常还伴随着流体流动、离散相颗粒扩散、传热、污染物产生等多种物理情况。为尽可能详细仿真多种化学反应，ANSYS Fluent提供了多种化学反应模型如EDC、EDM、PDF、LaminarFinite-Rate、Composition PDF、PremixedCombustion（Zimont/Peters）、PartiallyPremixed Combustion等模型。根据混合反应时间尺度与化学反应时间尺度的比值，即达姆科勒数Da值（见图1），可大致将化学反应分为快速反应和慢速反应，各自包含的化学反应模型如图2所示：

图1、达姆科勒数Da表达式及含义

图1、快速反应及慢速反应的分类

若Da>>1时，则化学反应时间尺度非常的短，认为反应物一接触就近乎瞬间完成。那么整个仿真的反应速率由混合时间尺度所决定，即湍流出现，则认为燃烧开始，不需要点火源来启动燃烧，比如Eddy-Dissipation Model、Steady LaminarFlamelet Model等。

若Da~1时，则化学反应时间尺度和混合反应时间尺度在同一数量级内，即二者对反应速率的影响都占有一定比重，不可忽略其中一种，那么整个仿真的反应速率由二者所共同决定的，比如Laminar Finite Rate Model、Eddy-DissipationConcept Model、Composition PDF Transport Model等。

ANSYS Fluent提供多种化学反应模型（见图3），以供各种复杂化学反应的仿真。总体而言分为通用有限速率模型、非预混燃烧模型、预混燃烧模型、部分预混燃烧模型和组分概率密度输运模型5种（见图4）。

图3、ANSYS Fluent化学反应模型分类列表

除此之外，ANSYS还可结合DPM模型模拟颗粒燃烧过程，开启污染物模型预测氮氧化物、碳氧化物以及烟的分布、开启电化学反应模拟电化学过程、结合CHEMKIN软件详细描述化学反应机理的化学反应等（见图5、图6、图7、图8）。

图5、EDM模型模拟非预混燃烧过程         图6、燃烧室内流动轨迹图

  

图7、NO生成速率云图            图8、耦合CHEMKIN-CFD的燃气轮机仿真

lavandewsh

K哥，如果是一个口有两种气体喷入并发生燃烧，类似氧乙炔的情况，请问该如何具体设置？不胜感激

K哥

lavandewsh 发表于 2017-9-2 16:08
K哥，如果是一个口有两种气体喷入并发生燃烧，类似氧乙炔的情况，请问该如何具体设置？不胜感激 ...

你这里的一个入口有两种气体喷入，是否可以理解成一个入口中氧气和乙炔已经充分混合？如果是，那么采用通用有限速率和预混燃烧模型都行（这两种只不过是求算的方法不同），自己创建一个混合物，输入组分和含量什么的，设好反应式就行；如果不是，那么采用通用有限速率和非预混燃烧模型，但需要UDF或profile文件来表示入口的混合程度；这个一般比较难获得具体值（要做实验），可以采用更改或加长流道等方式来用第一种搞定。

如果采用通用有限速率，可以用EDM来表示反应速率（氧乙炔没做过，但应该是属于快反应的，可以查查资料看看）。当然，不嫌麻烦而追求燃烧过程精度的话，也可以用EDC（具体需要自己获得一些氧乙炔反应的机理数据），具体过程可以参考一些fluent书籍的步骤过程（但这个计算消耗有点大，不是很推荐）

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