燃燒數(shù)值模擬高級(jí)教程課件

燃燒數(shù)值模擬高級(jí)教程高效清潔能源課題組燃燒數(shù)值模擬高級(jí)教程高效清潔能源課題組燃燒模型介紹燃燒模型的應(yīng)用Fluent6性能概述燃燒模擬的網(wǎng)格劃分動(dòng)力學(xué)與湍流化學(xué)相互作用因次分析燃燒模型介紹燃燒模型的應(yīng)用燃燒模型應(yīng)用廣泛應(yīng)用與均相和非均相燃燒過(guò)程模擬燃燒爐鍋爐加熱器燃?xì)廨啓C(jī)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)求解內(nèi)容流場(chǎng)流動(dòng)特性及其混合特性溫度場(chǎng)組分濃度場(chǎng)顆粒和污染物排放燃?xì)鉅t內(nèi)溫度分布流量分布CO2

質(zhì)量分布燃燒模型應(yīng)用廣泛應(yīng)用與均相和非均相燃燒過(guò)程模擬燃?xì)鉅t內(nèi)溫度分燃燒模型概述Fluent6為燃燒模擬提供了一系列廣泛的物理模型基于區(qū)域定義的體積和表面反應(yīng)機(jī)制在不同的流動(dòng)區(qū)域里反應(yīng)可以開(kāi)始或者停止在不同的流動(dòng)區(qū)域可以有不同的反應(yīng)機(jī)制Fluent6提供了極大的網(wǎng)格靈活性，Gambit2易于生成混合網(wǎng)格新增的特殊功能包括：材料數(shù)據(jù)庫(kù)魯棒性和精確求解燃燒模型概述Fluent6為燃燒模擬提供了一系列廣泛的物反應(yīng)模型離散相模型液滴/質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)非均相反應(yīng)液化作用蒸發(fā)作用輸運(yùn)控制方程質(zhì)量動(dòng)量(湍流)能量化學(xué)組分燃燒模型預(yù)混合局部預(yù)混合非預(yù)混燃燒污染物模型輻射換熱模型無(wú)線快速化學(xué)有限速度化學(xué)反應(yīng)模型離散相模型液滴/質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)輸運(yùn)控制方程質(zhì)量燃燒模型預(yù)Fluent中的反應(yīng)模型預(yù)混燃燒非預(yù)混燃燒部分預(yù)混燃燒無(wú)限快速化學(xué)預(yù)混燃燒模型（反應(yīng)過(guò)程可變）非預(yù)混平衡模型（混合分?jǐn)?shù)）部分預(yù)混模型（反應(yīng)過(guò)程可變+混合分?jǐn)?shù)）渦耗散模型有限速度化學(xué)非預(yù)混層流小火焰模型層流速度模型渦耗散概念（EDC）模型組分PDF輸運(yùn)模型Fluent中的反應(yīng)模型預(yù)混燃燒非預(yù)混燃燒部分預(yù)混燃燒無(wú)限快Fluent6中其他模型表面燃燒離散相模型湍流顆粒擴(kuò)散隨機(jī)軌道模型顆粒云模型煤粉霧化模型輻射模型：DTRM，P-1，Rosseland和DiscreteOrdinates湍流模型：k-

，RNGk-

，Realizablek-

，RSM，k-w，RSM和LES以及DES污染物排放模型:NOxwithreburnchemistryandsootFluent6中其他模型表面燃燒燃燒模擬中網(wǎng)格劃分為了收斂和精確度，高質(zhì)量的網(wǎng)格是關(guān)鍵低扭曲度（<0.9任何一處）適當(dāng)?shù)膶捀弑龋?lt;10）足夠但不過(guò)度的分辨率平緩的微元體積變化（<30%）邊界正交在Fluent6中，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)使復(fù)雜的幾何圖形Gambit提供了快速而又強(qiáng)大的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成局部流動(dòng)特性的求解混合網(wǎng)格（六面體，四面體，棱柱，錐體）懸掛節(jié)點(diǎn)適應(yīng)非共形界面燃燒模擬中網(wǎng)格劃分為了收斂和精確度，高質(zhì)量的網(wǎng)格是關(guān)鍵復(fù)雜的幾何體——四面體網(wǎng)格燃燒器有幾個(gè)復(fù)雜的部分在任何特定方向上流動(dòng)并不均衡在聲波入口梯度高使用四面體網(wǎng)格復(fù)雜的幾何體——四面體網(wǎng)格燃燒器有幾個(gè)復(fù)雜的部分復(fù)雜的幾何體——四面體網(wǎng)格四面體網(wǎng)格允許細(xì)網(wǎng)格上的小型進(jìn)口孔更大的細(xì)胞在爐域。復(fù)雜的幾何體——四面體網(wǎng)格四面體網(wǎng)格允許細(xì)網(wǎng)格上的小型進(jìn)口孔混合網(wǎng)格——鍋爐在底部錐形部分有利于生成四面體網(wǎng)格頂部換熱器平板適合生成六面體網(wǎng)格在拐角入口處將棱柱擠壓形成三角型表面，模擬風(fēng)箱——得到更好的射流穿透深度混合網(wǎng)格——鍋爐在底部錐形部分有利于生成四面體網(wǎng)格半自動(dòng)六面體/混合網(wǎng)格半自動(dòng)六面體/混合網(wǎng)格Fluent6：任意網(wǎng)格接口網(wǎng)格的靈活性，基于部件的網(wǎng)格劃分，以及模型建立Fluent6：任意網(wǎng)格接口網(wǎng)格的靈活性，基于部件的網(wǎng)格劃網(wǎng)格自適應(yīng)網(wǎng)格自適應(yīng)氣相燃燒時(shí)空守恒方程（Navier-Stokes）質(zhì)量（r）動(dòng)量（rv）能量（rh）化學(xué)組分（rYk）守恒方程的一般形式

根據(jù)焓來(lái)量化能量是有利的，其定義為

變化率對(duì)流擴(kuò)散源項(xiàng)化學(xué)能熱能氣相燃燒時(shí)空守恒方程（Navier-Stokes）變化率化學(xué)動(dòng)力學(xué)第K種物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)輸運(yùn)方程

術(shù)語(yǔ)：化學(xué)組分，用Sk

表示，反應(yīng)如下：

例子，CH4+2O2→CO2+2H2OS1=CH4S2=O2S3=CO2S4=H2Ov1’=1v2’=2v3’=0v4’=0

v1”=0v2”=0v3”=1v4”=2化學(xué)動(dòng)力學(xué)第K種物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)輸運(yùn)方程化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算出的反應(yīng)速率正比于其反應(yīng)產(chǎn)物濃度提高到各自的化學(xué)計(jì)量數(shù)。第K種物質(zhì)的反應(yīng)速率（對(duì)于單一反應(yīng)）

式中，A=指前因子Cj=體積摩爾濃度=rYj/Mj

Mk=物質(zhì)K的分子質(zhì)量E=活化能R=通用氣體常數(shù)=8313J/kg?mol?k

β=溫度指數(shù)

注意，對(duì)于總反應(yīng)，

，并且有可能不是整數(shù)。

化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算出的反應(yīng)速率正比于其反應(yīng)產(chǎn)物濃度提高到各自的化實(shí)際燃燒過(guò)程是湍流湍流最小長(zhǎng)度尺度（稱(chēng)作Kolmogorov特征尺度），η～L/Re3/4，其中L是燃燒器特征長(zhǎng)度直接數(shù)值模擬（DNS）所需的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)量（解決所有流動(dòng)尺度）~(L/η）3=Re9/4

例如，Re~104

，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)量~109

DNS計(jì)算困難，并將一直存在這種困難火焰長(zhǎng)度（m）速度（m/s）雷諾數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器0.150250000點(diǎn)火52500000復(fù)燃室0.51002500000實(shí)用爐10105000000實(shí)際燃燒過(guò)程是湍流湍流最小長(zhǎng)度尺度（稱(chēng)作Kolmogorov燃燒建模的必要性可以精確控制反應(yīng)的Navier-Stokes方程，但是DNS控制受限湍流

具有很大的時(shí)間和空間尺度（雷諾）時(shí)均模型

設(shè)想可視化流動(dòng)的長(zhǎng)時(shí)間曝光照引進(jìn)必須模擬的項(xiàng)（雷諾應(yīng)力）化學(xué)現(xiàn)實(shí)的化學(xué)機(jī)制，上十種物質(zhì)，可能有上百種反應(yīng)，以及剛體動(dòng)力學(xué)（大范圍反應(yīng)時(shí)間尺度）受數(shù)量有限的燃料所決定

燃燒建模的必要性可以精確控制反應(yīng)的Navier-Stokes雷諾時(shí)均化方程Yk，Dk，Rk分別是第k種物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，擴(kuò)散系數(shù)和化學(xué)源項(xiàng)用平均梯度擴(kuò)散模擬團(tuán)湍流通量，，在k-ε模型中始終不變氣相燃燒模型關(guān)注相比于雷諾應(yīng)力（湍流）更加難以模擬非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)（沒(méi)有穩(wěn)態(tài)流動(dòng)）分子擴(kuò)散平均速率對(duì)流湍流波動(dòng)對(duì)流平均化學(xué)源項(xiàng)雷諾時(shí)均化方程非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)（沒(méi)有穩(wěn)態(tài)流動(dòng)）分子擴(kuò)散平均速率對(duì)流湍火焰中的湍流化學(xué)耦合Arrhenius反應(yīng)速率高度非線性

不能忽視湍流波動(dòng)對(duì)化學(xué)產(chǎn)率的影響

火焰中的湍流化學(xué)耦合Arrhenius反應(yīng)速率高度非線性湍流和化學(xué)交互作用示例：甲烷單步反應(yīng)（A=2×1011

，E=2×108）CH4+2O2→CO2+2H2ORCH4=1/2RO2=-RCO2=-1/2RH2O=-Aexp(-E/RT)[CH4]0.2[O2]0.3假設(shè)湍流在有一點(diǎn)的物質(zhì)濃度始終不變，但是在整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中這點(diǎn)的溫度在T=300K,T=1000K,T=1700K上各占三分之一的時(shí)間。T(K)30010001700R(kgm-3s-1)10-251105湍流和化學(xué)交互作用示例：甲烷單步反應(yīng)（A=2×1011燃燒中的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)際方法簡(jiǎn)化化學(xué)模型使用有限速度/渦耗散方法化學(xué)中的湍流和混合耦合使用混合碎片方法平衡化學(xué)PDF模型層流火焰模型進(jìn)展變量Zimont模型混合碎片和進(jìn)展變量部分預(yù)混合模型燃燒中的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)際方法因次分析Reynolds數(shù)

–ρ，U，L，μ分別是特征密度，速度，長(zhǎng)度和動(dòng)力粘性系數(shù)–高雷諾數(shù)將表現(xiàn)為湍流Damkohler數(shù)–ρa(bǔ)d

代表絕熱火焰密度

–Rslow

代表在Tad和當(dāng)量濃度下的最低反應(yīng)速率–高Damkohler數(shù)（Da>1）表示需要使用氣相湍流燃燒模型因次分析Reynolds數(shù)因次分析馬赫數(shù)Machnumber

–馬赫數(shù)Ma<0.3（不可壓縮）條件下，混合物分?jǐn)?shù)模型有效Boltzmannumber–σ代表Stefan-Boltzman常數(shù)（5.672×10-8W/m2·K4）(假設(shè)此時(shí)對(duì)流強(qiáng)于導(dǎo)熱，對(duì)流是主要的傳熱形式)–當(dāng)Bo<10時(shí)，才需要考慮輻射傳熱因次分析馬赫數(shù)Machnumber燃燒模型I

（氣相燃燒模型）燃燒模型I

（氣相燃燒模型）Fluent6中的氣相燃燒模型渦耗散模型有限速度/渦耗散模型非預(yù)混燃燒模型預(yù)混燃燒（Zimont）模型部分預(yù)混燃燒模型層流火焰模型渦耗散概念（EDC）模型合成PDF輸運(yùn)模型其他模型：大渦模擬ISAT算法表面燃燒附錄層流火焰面生成火焰面生成策略剛性化學(xué)Fluent6中的氣相燃燒模型渦耗散模型渦耗散模型起源：Spalding1的“渦破碎”概念觀測(cè)的預(yù)混火焰特性不能正確解釋平均反映速率引進(jìn)渦的生命周期，k/ε[t]有限混合反應(yīng)Magnussen和Hjertager2將渦破碎推廣到了非預(yù)混和部分預(yù)混燃燒模型1D.B.Spalding(1971),ChemicalEng.Sci.26:95.2B.F.MagnussenandB.H.Hjertager(1976),16thSymposium(Int.)onCombustion,p.719渦耗散模型起源：渦耗散模型估計(jì)平均反應(yīng)率（物質(zhì)k），假設(shè)化學(xué)反應(yīng)比湍流混合化學(xué)物質(zhì)和熱量進(jìn)入火焰的速度快得多(Da>>1)對(duì)于大部分反應(yīng)堆，一個(gè)好的假設(shè)是使燃料迅速燃燒

與大尺度（也叫作渦流，或者渦破碎（EBU）），湍流時(shí)間成比例，ε/k化學(xué)反應(yīng)近似于球形原理（一步或兩步）每種物質(zhì)都需要解算雷諾（時(shí)間）平均物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)方程，渦耗散模型估計(jì)平均反應(yīng)率（物質(zhì)k），有限速度/渦耗散模型FLUENT實(shí)現(xiàn)：物質(zhì)i的源項(xiàng)是所有參與的反應(yīng)的總源：在k反應(yīng)中，經(jīng)計(jì)算物質(zhì)i的產(chǎn)生率或消耗率（Ri,k），比阿累尼烏斯速率（動(dòng)力學(xué)）和渦破碎速率（湍流化學(xué)交互作用）小。有限速度/渦耗散模型FLUENT實(shí)現(xiàn)：有限速度/渦耗散模型阿累尼烏斯速率：

-反應(yīng)物和產(chǎn)物化學(xué)計(jì)量系數(shù)-k反應(yīng)中反應(yīng)物和產(chǎn)物j的速率指數(shù)

βk-k反應(yīng)的溫度指數(shù)Ek-活化能R-通用氣體常數(shù)Ak-指前因子Cj-j物質(zhì)體積摩爾能讀Kk-平衡常數(shù)有限速度/渦耗散模型阿累尼烏斯速率：有限速度/渦耗散模型渦破碎速率：k-

湍流動(dòng)能

ε

-

湍流耗散率mP,mR

-

物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)A-

反應(yīng)物Magnussen常數(shù)，4.0B-

產(chǎn)物Magnussen常數(shù)，0.5M-

分子量(R),(P)-反應(yīng)物，產(chǎn)物有限速度/渦耗散模型渦破碎速率：激活有限速度/渦耗散模型激活有限速度/渦耗散模型有限速度/渦耗散模型優(yōu)點(diǎn)：適用于非預(yù)混，部分預(yù)混，和預(yù)混燃燒簡(jiǎn)單物理基礎(chǔ)，使用廣泛缺點(diǎn)：當(dāng)混合和運(yùn)動(dòng)時(shí)間標(biāo)量大小相似（Da~1）時(shí)，模型失真考慮渦耗散概念或有限速度方法不能預(yù)測(cè)中間物質(zhì)和分離效果溫度的超量預(yù)測(cè)；利用cp多項(xiàng)式改正不能逼真地模擬運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)現(xiàn)象，比如點(diǎn)燃，熄滅，以及低Da流動(dòng)不能?chē)?yán)格解釋底層脈動(dòng)流場(chǎng)A和B是數(shù)量級(jí)擴(kuò)展常數(shù)；需要校準(zhǔn)整合解決方案有限速度/渦耗散模型優(yōu)點(diǎn)：非預(yù)混模型：背景起源：Burke&Schumann3,Bilger4根據(jù)以下假設(shè)物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)相等聯(lián)合劉易斯數(shù)低馬赫數(shù)流調(diào)節(jié)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和焓的輸運(yùn)方程，使其成為相同的水平對(duì)流—擴(kuò)散方程。按照守恒標(biāo)量變量，可以用偏微分方程求解所有的這些方程3S.P.BurkeandT.E.W.Schumann(1928)DiffusionFlames.Indust.Eng.Chem.20,p.998.4R.W.Bilger(1976)TheStructureofDiffusionFlames.Combust.Sci.Technol.13,p.155.非預(yù)混模型：背景起源：非預(yù)混模型：背景假設(shè)在相同的擴(kuò)散率，單一燃料以及氧化劑流情況下，很容易從物質(zhì)方程中推導(dǎo)出平均混合分?jǐn)?shù)輸運(yùn)方程。相同擴(kuò)散率的假設(shè)是合理的（除了H2），因?yàn)樵诟逺e數(shù)時(shí)，湍流擴(kuò)散遠(yuǎn)強(qiáng)于層流擴(kuò)散，湍流渦旋對(duì)流組分（或多或少）同樣的。混合分?jǐn)?shù)方程很有用，因?yàn)樗鼪](méi)有反應(yīng)源項(xiàng)，反應(yīng)源項(xiàng)帶來(lái)的相關(guān)困難是原子元素在化學(xué)反應(yīng)中守恒。非預(yù)混模型：背景假設(shè)在相同的擴(kuò)散率，單一燃料以及氧化劑流情況非預(yù)混模型：背景混合分?jǐn)?shù)，用f表示，是源于燃料流的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接和物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，混合密度以及混合溫度相關(guān)使用概率密度函數(shù)（PDF）把瞬間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為時(shí)間平均數(shù)據(jù)需要混合分?jǐn)?shù)的方差（以本地湍流參數(shù)為基礎(chǔ)）非預(yù)混模型：背景混合分?jǐn)?shù)，用f表示，是源于燃料流的元素質(zhì)量分非預(yù)混模型:PDFs在這種方法中，用單一變量（叫做混合分?jǐn)?shù)）來(lái)描述化學(xué)過(guò)程化學(xué)平衡近似法，需要計(jì)算中間物質(zhì)。由于假設(shè)化學(xué)反應(yīng)迅速，不需要詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。非預(yù)混模型:PDFs在這種方法中，用單一變量（叫做混合分?jǐn)?shù)）非預(yù)混模型:PDFs平衡狀態(tài)關(guān)系描述混合分?jǐn)?shù)和熱化學(xué)屬性的瞬時(shí)關(guān)系。湍流反應(yīng)流動(dòng)模擬預(yù)測(cè)了時(shí)均性湍流流動(dòng)中某一點(diǎn)的流場(chǎng)變化，比如速度，混合分?jǐn)?shù)，波動(dòng)概率密度函數(shù)（PDF），用p(f)表示，代表了變量在f和f+△f之間的時(shí)間分?jǐn)?shù)非預(yù)混模型:PDFs平衡狀態(tài)關(guān)系描述混合分?jǐn)?shù)和熱化學(xué)屬性的瞬PDF的重要性PDF顯示出流體在每一狀態(tài)下花費(fèi)的時(shí)間，可以通過(guò)PDF計(jì)算出平均量（比如平均反應(yīng)速率）作為所有狀態(tài)下的平均值：PDF能夠從一個(gè)派生的輸運(yùn)方程（PDF輸運(yùn)法）解出假定模型DoubledeltaBetaPDF的重要性PDF顯示出流體在每一狀態(tài)下花費(fèi)的時(shí)間，可以通混合物分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)輸運(yùn)方程平均混合分?jǐn)?shù)平均混合分?jǐn)?shù)是一個(gè)守恒量。源項(xiàng)Sm,只歸因于將大量液體燃料液滴或反應(yīng)顆粒轉(zhuǎn)化為氣相?；旌戏?jǐn)?shù)方差其中σt=0.7，Cg=2.86，Cd=2.0是模型常數(shù)混合物分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)輸運(yùn)方程平均混合分?jǐn)?shù)單一混合分?jǐn)?shù)模擬系統(tǒng)單一混合分?jǐn)?shù)模擬系統(tǒng)雙混合分?jǐn)?shù)模型可以求解第二個(gè)獨(dú)立守恒標(biāo)量（均值和方差）由于在運(yùn)行時(shí)執(zhí)行PDF集成，計(jì)算費(fèi)時(shí)使用第二個(gè)混合分?jǐn)?shù)變量可以模擬：三種氣流成分（不同的組分和/或著溫度）兩種燃料和一種氧化劑流一種燃料和兩種氧化劑流一種燃料，一種氧化劑和一種惰性氣體將氣體燃料和液體燃料或固體顆粒（煤）燃料混燃兩個(gè)組合離散相液體燃料和煤燃料混燃單一燃料和兩種尾氣——這對(duì)煤燃燒很重要，因?yàn)榉謩e追蹤揮發(fā)物和燃盡的炭雙混合分?jǐn)?shù)模型可以求解第二個(gè)獨(dú)立守恒標(biāo)量（均值和方差）雙混合分?jǐn)?shù)模擬系統(tǒng)系統(tǒng)有兩個(gè)不同的燃料入口：系統(tǒng)有兩個(gè)不同的氧化劑入口：雙混合分?jǐn)?shù)模擬系統(tǒng)系統(tǒng)有兩個(gè)不同的燃料入口：對(duì)非絕熱系統(tǒng)使用混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)法當(dāng)?shù)氐臒峄瘜W(xué)狀態(tài)與混合分?jǐn)?shù)和焓有關(guān)

Φi=Φi(f,h*)

當(dāng)用聯(lián)合概率密度函數(shù)（p(f,h*)）描述湍流波動(dòng)假設(shè)焓波動(dòng)獨(dú)立于自由焓水平本身，是合理的h*’≠F(h*)焓可以單獨(dú)和混合分?jǐn)?shù)相關(guān)h*=h*(f)對(duì)非絕熱系統(tǒng)使用混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)法當(dāng)?shù)氐臒峄瘜W(xué)狀態(tài)與混對(duì)非絕熱系統(tǒng)使用混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)法與之前相比，現(xiàn)在聯(lián)合概率密度函數(shù)成為一個(gè)單變量概率密度函數(shù)，p（f）p[f,h*(f)]=p(f)平均數(shù)計(jì)算

焓取決于輸運(yùn)方程

其中，Sh

代表來(lái)自輻射或離散相熱交換的焓源項(xiàng)

對(duì)非絕熱系統(tǒng)使用混合分?jǐn)?shù)/概率密度函數(shù)法與之前相比，現(xiàn)在聯(lián)合非絕熱系統(tǒng)傳熱域邊界和/或者輻射傳熱不同溫度下多重燃料或氧化劑入口離散相傳熱非絕熱系統(tǒng)傳熱域邊界和/或者輻射傳熱非預(yù)混模型的PDF生成表非預(yù)混模型的PDF生成表非預(yù)混模型的PDF生成表非預(yù)混模型的PDF生成表后處理查找表后處理查找表可壓縮非預(yù)混燃燒模型焓焓來(lái)自PDF表：h=chemical+thermal(sensible)Fluent中求解的總焓：H=chemical+thermal+kineticFluent中，PDF查詢表：h=H–kineticenergy因此，即使模擬是絕熱的，也需要非絕熱PDF表壓力PDF中使用的壓力為常數(shù)：密度計(jì)算如下：密度在可壓縮Fluentv6中計(jì)算如下：假設(shè)組分和溫度不受壓力的影響可壓縮非預(yù)混燃燒模型焓可壓縮非預(yù)混燃燒模型注意使用可壓縮模型隨著流速的提高，假設(shè)的化學(xué)平衡（或者層流小火焰模型中的近似化學(xué)平衡）會(huì)變得越來(lái)越不準(zhǔn)確流動(dòng)停留時(shí)間減少溫度降低和反應(yīng)速率下降模型中忽略壓力變化（包括均值和波動(dòng)）的影響平衡組分和溫度對(duì)溫度非常敏感建立PDF表（含有額外的平均壓力大小）——為達(dá)到平衡需要4D表可壓縮非預(yù)混燃燒模型注意使用可壓縮模型非預(yù)混燃燒模型優(yōu)點(diǎn)：從底層湍流化學(xué)解耦；提供了增強(qiáng)的穩(wěn)定性和效率準(zhǔn)確跟蹤中間產(chǎn)物組份濃度和分離效果通過(guò)PDFs細(xì)致地解釋湍流化學(xué)交互作用如果底層假設(shè)有效，選擇該模型缺點(diǎn)：必須是湍流流動(dòng)（Re>1000）只適用于非預(yù)混燃燒化學(xué)反應(yīng)必須處處接近平衡（Da>1000）非預(yù)混燃燒模型優(yōu)點(diǎn)：層流小火焰模型起源：N.Peters5,6

混合分?jǐn)?shù)擴(kuò)展/PDF模擬到中度的化學(xué)非平衡用層流拉伸火焰系綜模擬湍流火焰，對(duì)撞擴(kuò)散火焰5N.Peters(1984)LaminarDiffusionFlameletModelsinNon-PremixedTurbulentCombustion.Prog.Energy.Combust.Sci.,10,p.319.6N.Peters(1986)LaminarFlameletConceptsinTurbulentCombustion.21stSymposiumonCombustion,p.1231.層流小火焰模型起源：層流小火焰模型用混合分?jǐn)?shù)和標(biāo)量耗散率來(lái)表示溫度，密度和組分（絕熱）對(duì)于混合分?jǐn)?shù)PDF模型，熱化學(xué)狀態(tài)只是f的函數(shù)χ

與當(dāng)?shù)貞?yīng)變率有關(guān)用概率密度函數(shù)（PDF）P(f,a)規(guī)定火焰的統(tǒng)計(jì)學(xué)分布。使用Pf(f)，Pa(a)建立PDFP(f,a)模型，其中Pf(f)用Beta函數(shù)，Pa(a)用Dirac-Delta或者對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)因此用表示P(f,a)層流小火焰模型用混合分?jǐn)?shù)和標(biāo)量耗散率來(lái)表示溫度，密度和組分（層流小火焰模型允許為不同擴(kuò)散設(shè)定獨(dú)立準(zhǔn)則，提供多個(gè)混合分?jǐn)?shù)定義單一或多個(gè)火焰單一的：用戶定義應(yīng)變a多個(gè)：應(yīng)變火焰數(shù)據(jù)庫(kù)，0

<

a

<

aextinction

a=0平衡

a=aextinction

是火焰熄滅前的最大應(yīng)變率可以模擬當(dāng)?shù)氐膃xtinctionpockets（例如火焰抬升現(xiàn)象）層流小火焰模型允許為不同擴(kuò)散設(shè)定獨(dú)立準(zhǔn)則，提供多個(gè)混合分?jǐn)?shù)定預(yù)混燃燒模型起源：Zimont7用一個(gè)但一進(jìn)展變量描述熱化學(xué)7V.Zimont,W.Polifke,M.Bettelini,W.Weisenstein(1997)AnEfficientComputationalModelforPremixedTurbulentCombustionatHighReynoldsNumbersBasedonaTurbulentFlameSpeedClosure.ASMETurboExpo,Orlando.,toappearinTransactionsoftheASME.預(yù)混燃燒模型起源：預(yù)混燃燒湍流使火焰表面起伏波動(dòng)，并且扭曲了焰面紊流火焰速率預(yù)混燃燒預(yù)混燃燒模型平均反應(yīng)速率導(dǎo)出的偏向預(yù)混燃燒的紊流火焰速率—湍流速度特征尺度（波動(dòng)）—層流火焰速度—未燃盡流體的熱擴(kuò)散率—湍流長(zhǎng)度特征尺度—半經(jīng)驗(yàn)的拉伸效果和微分?jǐn)U散因子預(yù)混燃燒模型平均反應(yīng)速率預(yù)混燃燒模型紊流火焰速率表達(dá)式解釋了：預(yù)混燃料的當(dāng)量比湍流作用下火焰前鋒起皺和增厚通過(guò)湍流延伸，火焰前鋒淬火微分分子擴(kuò)散對(duì)于絕熱燃燒，對(duì)于非絕熱燃燒，必須求解焓方程UDF與湍流火焰掛鉤——可以使用以下宏預(yù)混燃燒模型紊流火焰速率表達(dá)式解釋了：可壓縮預(yù)混燃燒模型不可壓縮，絕熱預(yù)混狀態(tài)方程下角標(biāo)u和b分別表示未燃燒和燃燒不求解焓方程輸入量ρu

，Tu和Tb可壓縮預(yù)混狀態(tài)方程必須求解焓方程（非絕熱）輸入量ρu

，Tu和Tb可壓縮預(yù)混燃燒模型不可壓縮，絕熱預(yù)混狀態(tài)方程部分預(yù)混模型結(jié)合非預(yù)混（f）和預(yù)混（c）模型火焰前，混合未燃燒火焰后，混合并燃燒原理：應(yīng)用于f和c模型中的假設(shè)處于或接近化學(xué)平衡兩或三個(gè)不同的流動(dòng)組分相同的壓力和擴(kuò)散率湍流火焰速度模型假設(shè)PDF模型：假設(shè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立：對(duì)于Pβ

的BetaPDF：用f的兩個(gè)時(shí)刻來(lái)說(shuō)明對(duì)于Pc的DoubledeltaPDF：薄火焰假設(shè)：部分預(yù)混模型結(jié)合非預(yù)混（f）和預(yù)混（c）模型部分預(yù)混模型：特性自動(dòng)計(jì)算未然特性生成PDF表混合并未燃燒，f的T，ρ，cp和Du函數(shù)適合f的三階多項(xiàng)式函數(shù)忽略湍流波動(dòng)由于函數(shù)近似線性，充分逼近忽略來(lái)自未燃燒流動(dòng)的熱量損失或增加——當(dāng)未燃燒流動(dòng)損失或增加大量熱量可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤自動(dòng)計(jì)算層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萐l隨當(dāng)量比（f）的變化而變化數(shù)值計(jì)算適合于詳細(xì)的一維計(jì)算Gottgens,MaussandPeters,24thComb.Symp.,1992H2,CH4,C2H2，C2H4,C2H6,C3H8,p:1-40atm,T:298-800K分段線性計(jì)算適于依然范圍內(nèi)的f注意：如果混合超出此范圍，必須在PDF中輸入此函數(shù)部分預(yù)混模型：特性自動(dòng)計(jì)算未然特性生成PDF表部分預(yù)混模型：對(duì)策模型可用于完全預(yù)混系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算sl，未燃燒和燃燒屬性完全非預(yù)混系統(tǒng)可以模擬不發(fā)生反應(yīng)的混合（設(shè)置c=0）非反應(yīng)入口（例如空氣混合流動(dòng)）可以設(shè)置c=1自動(dòng)點(diǎn)火一旦收斂，改變c=0，但不改變Yk和T初始化初始化c=1預(yù)混火焰前鋒吹回穩(wěn)定器穩(wěn)定器前修改c=0，之后改c=1部分預(yù)混模型：對(duì)策模型可用于LES燃燒模型將所有雷諾平均（RANS）燃燒模型擴(kuò)展到LES模型用LES時(shí)間/長(zhǎng)度尺度代替RANS時(shí)間/長(zhǎng)度尺度湍流長(zhǎng)度尺度：湍流速度尺度：湍流時(shí)間尺度：混合比例方差建模為：對(duì)所有標(biāo)量中心差分LES燃燒模型將所有雷諾平均（RANS）燃燒模型擴(kuò)展到LES總結(jié)Fluent6中的氣相燃燒模型：有限速率/渦耗散一般通用（非預(yù)混，預(yù)混和部分預(yù)混火焰）全局化學(xué)反應(yīng)/經(jīng)驗(yàn)常數(shù)非預(yù)混燃燒模型魯棒性，節(jié)省時(shí)間只有非預(yù)混（擴(kuò)散）湍流火焰層流小火焰模型中含有非化學(xué)平衡效應(yīng)預(yù)混燃燒模型魯棒性；確認(rèn)應(yīng)用于精益，預(yù)混燃?xì)廨啓C(jī)只有預(yù)混燃燒不能求解組分分布部分預(yù)混燃燒模型非預(yù)混和預(yù)混模型的組合計(jì)算效率高能夠透過(guò)火焰面處理非平衡反應(yīng)LES燃燒可以使用Fluent6中所有反應(yīng)流模型非穩(wěn)態(tài)，三維模型，計(jì)算費(fèi)時(shí)總結(jié)Fluent6中的氣相燃燒模型：附錄層流小火焰發(fā)生器非絕熱模型和非預(yù)混燃燒專(zhuān)業(yè)選項(xiàng)火焰生成策略附錄層流小火焰發(fā)生器Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器求解反向流動(dòng)擴(kuò)散火焰的一維方程Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器求解反向流動(dòng)擴(kuò)散火焰的一Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器氣動(dòng)應(yīng)變速率（as）是控制參數(shù)應(yīng)變隨速度的增加而增加，隨噴嘴間距離的減少而增加隨著應(yīng)變的增加：反應(yīng)區(qū)寬度減小火焰中標(biāo)量梯度增大火焰擴(kuò)散增加火焰中停留時(shí)間減少化學(xué)非平衡增加溫度降低，自由基濃度增大最終火焰熄滅Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器氣動(dòng)應(yīng)變速率（as）是控Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器完全用f和as描述火焰代替應(yīng)變，使用標(biāo)量耗散（χ）量化化學(xué)非平衡更加方便其中D是一個(gè)典型的擴(kuò)散系數(shù)通過(guò)關(guān)系式，χ與as相關(guān)

其中E是逆互補(bǔ)誤差函數(shù)Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器完全用f和as描述火焰Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器由于通過(guò)火焰χ發(fā)生變化，所以當(dāng)f=fsto時(shí)用χsto=χ量化化學(xué)非平衡完全用f和

χsto描述火焰Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器由于通過(guò)火焰χ發(fā)生變化，F(xiàn)luent6.2中層流火焰發(fā)生器新的層流火焰發(fā)生器轉(zhuǎn)換從實(shí)際空間到混合分?jǐn)?shù)空間的OPPDIF方程隨著時(shí)間推進(jìn)，通過(guò)耦合隱式算法求解方程的穩(wěn)態(tài)解Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器新的層流火焰發(fā)生器Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)換方程計(jì)算更快更加強(qiáng)大，允許生成整個(gè)庫(kù)在整個(gè)建模過(guò)程中，比其他算法錯(cuò)誤更少例如：CH4-air,χsto=9.7/s,as=240/sFluent6.2中層流火焰發(fā)生器簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)換方程Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器0和1之間的混合分?jǐn)?shù)網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)目產(chǎn)生的火焰最大數(shù)目對(duì)于多火焰，火焰采取的標(biāo)量耗散值隨標(biāo)量耗散步數(shù)而增加Fluent6.2中層流火焰發(fā)生器0和1之間的混合分?jǐn)?shù)網(wǎng)格非絕熱火焰模型對(duì)于絕熱火焰模型，組分和溫度是f和

χsto

的函數(shù)火焰內(nèi)，h=ho+f(hF-ho)三維PDF表：

生成多個(gè)焓的多個(gè)庫(kù)需要花費(fèi)很多時(shí)間因此，假設(shè)火焰組分不隨焓而改變非絕熱火焰模型對(duì)于絕熱火焰模型，組分和溫度是f和χsto非絕熱火焰模型給定平均焓，從以下方程計(jì)算溫度：對(duì)于非絕熱火焰模型關(guān)于組分的三維PDF表：關(guān)于溫度和密度的四維PDF表：非絕熱火焰模型給定平均焓，從以下方程計(jì)算溫度：Non-premixedCombustionExperttuibased/define/models/species>non-premixed-combustion-expertPDF：0代表double-delta函數(shù)，1代表beta函數(shù)混合分?jǐn)?shù)方法—0：標(biāo)量耗散—1：有條件標(biāo)量耗散—2：倍乘標(biāo)量耗散

絕熱火焰溫度比條件下的最高溫度最大熱損失率最大熱增益率啟用PDF表溫度限制檢查嗎？Non-premixedCombustionExpert火焰生成對(duì)策需要化學(xué)機(jī)理Chemkin格式Fluent沒(méi)有提供在Fluent里面，可以規(guī)定組分的組成為摩爾分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合分?jǐn)?shù)的構(gòu)想很強(qiáng)大求解方法是隨時(shí)間推進(jìn)直到達(dá)到穩(wěn)態(tài)求解控制應(yīng)一直處于工作：但是并不是起步擴(kuò)散穩(wěn)定：初始CFL（默認(rèn)為1：如果求解發(fā)散，將值降到0）隨后的每一步都乘以：倍增系數(shù)（默認(rèn)為2：如果求解發(fā)散，將值降到1）火焰生成對(duì)策需要化學(xué)機(jī)理火焰生成對(duì)策#f網(wǎng)格點(diǎn)（初始=32）混合物分?jǐn)?shù)空間的自動(dòng)離散聚集關(guān)于計(jì)量f的網(wǎng)格點(diǎn)計(jì)量f是近似的峰值溫度標(biāo)量耗散單一小火焰：在值域中使用所需的標(biāo)量耗散多火焰：最大火焰數(shù)目規(guī)定了計(jì)算的層流火焰剖面的最大數(shù)目（初始=10）隨著標(biāo)量耗散的增加而生成火焰。增量由標(biāo)量耗散的步驟說(shuō)明直到計(jì)算了在定義的最大火焰數(shù)目?jī)?nèi)的火焰數(shù)目，或者已經(jīng)確定熄火極限，才會(huì)產(chǎn)生火焰火焰生成對(duì)策#f網(wǎng)格點(diǎn)（初始=32）火焰生成對(duì)策熄火極限如果已定義充足的火焰數(shù)在最大網(wǎng)格點(diǎn)上，將自動(dòng)確定熄火極限在熄火范圍內(nèi)的標(biāo)量耗散值，依據(jù)燃料和氧化劑成分，工作壓力，化學(xué)模型確定該值可能對(duì)數(shù)值參數(shù)敏感，如混合物分?jǐn)?shù)，火焰計(jì)算中的網(wǎng)格分辨率火焰生成對(duì)策熄火極限燃燒模型Ⅱ（氣相與表面）燃燒模型Ⅱ（氣相與表面）FLUENT6中的氣相燃燒模型渦耗散模型有限速率/渦耗散模型非預(yù)混燃燒模型預(yù)混燃燒（Zimont）模型部分預(yù)混燃燒模型層流火焰渦耗散概念（EDC）模型組分概率分布函數(shù)傳輸方式其他：表面燃燒大渦模擬ISAT模擬附錄：硬化學(xué)表面燃燒案例FLUENT6中的氣相燃燒模型渦耗散模型詳細(xì)化學(xué)模型對(duì)于由詳細(xì)動(dòng)力學(xué)機(jī)理所描述的反應(yīng)而言，化學(xué)模型的種類(lèi)是十分龐大的：幾十種組分，在很反應(yīng)時(shí)間尺度內(nèi)有成百上千種大型蔓延反應(yīng)?？捎媚Ｐ停簩恿饔邢匏俾蔈DC模型PDF傳輸模型動(dòng)力學(xué)模型詳細(xì)動(dòng)力學(xué)使用模型：點(diǎn)火與滅火模型污染物模型（Nox，CO,UHCs）慢化學(xué)反應(yīng)（非化學(xué)平衡）由于CPU性能的增強(qiáng)，ISAT（自適應(yīng)表格）程序能夠用來(lái)進(jìn)行加速運(yùn)算層流模型、EDC模型和PDF傳輸模型。詳細(xì)化學(xué)模型對(duì)于由詳細(xì)動(dòng)力學(xué)機(jī)理所描述的反應(yīng)而言，化學(xué)模型的有限速率化學(xué)反應(yīng)FluentV6能夠?qū)隒HEMKIN的詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理文件File->Import->Chemkin…反應(yīng)：與可逆反應(yīng)和第三體效率有關(guān)的阿列紐斯方程壓力取決于反應(yīng)（Lindemann,TroeandSRI）隨混合函數(shù)的不同較低的壓力比率或較高的壓力比率分子級(jí)傳輸決定了混合和火焰速度的次聲速層流火焰臨界值建議使用動(dòng)力學(xué)理論雷諾-瓊斯特征數(shù)可以在CHEMKIN的傳輸數(shù)據(jù)庫(kù)中得到（TRAN.DB）有限速率化學(xué)反應(yīng)FluentV6能夠?qū)隒HEMKIN的詳層流火焰化學(xué)反應(yīng)固定不變反應(yīng)時(shí)間/長(zhǎng)度尺寸<<流動(dòng)時(shí)間/長(zhǎng)度尺寸需要特定的數(shù)值解法（剛性求解器）非預(yù)混（擴(kuò)散火焰）燃料與氧化劑擴(kuò)散進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域之后進(jìn)行燃燒預(yù)混燃料與氧化劑在分子級(jí)別進(jìn)行混合燃燒燃燒移動(dòng)的反應(yīng)鋒面——通常很薄并且難以模擬爆燃超聲速：非常難以模擬。由于火焰速度取決于化學(xué)反應(yīng)，并與分子擴(kuò)散特征值有關(guān)，且需要確定火焰區(qū)域。爆炸超聲速：由于釋放熱滯后于沖擊而點(diǎn)火。較爆燃易于模擬，這是由于沖擊不確定的，且詳細(xì)的分子傳輸不是必要的。層流火焰化學(xué)反應(yīng)固定不變數(shù)值方法

數(shù)值方法

ISAT（自適應(yīng)表格）ISAT加速化學(xué)反應(yīng)計(jì)算ISAT（自適應(yīng)表格）ISAT加速化學(xué)反應(yīng)計(jì)算ISAT

ISAT

ISAT可以通過(guò)建立這種映射表格來(lái)避免積分制作非預(yù)混混合分?jǐn)?shù)模型，該表格具有三維尺度平均f，f的變化量以及平均焓h對(duì)于具有N種組分的一般化學(xué)反應(yīng)，將所有的組分空間制成表格是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。N+3維每一維度有M個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，共有MN+3個(gè)表格點(diǎn)例如：M=10，N=7需要有1010個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)然而，只有小部分的組分空間是可以獲得的只有在需要的時(shí)候才有必要制表（自適應(yīng)）制表的錯(cuò)誤時(shí)可以控制的（自適應(yīng)制表）表格在模擬的過(guò)程中建立ISAT可以通過(guò)建立這種映射表格來(lái)避免積分ISAT理論在隨后調(diào)用自適應(yīng)表格時(shí)，表格會(huì)詢問(wèn)：初始狀態(tài)是否落在EOA？如果是，那么就進(jìn)行插值并重新檢索映射如果不是，則進(jìn)行直接積分映射會(huì)重新檢測(cè)以驗(yàn)證是否符合IAST誤差寬容度如果是的，那么EOA會(huì)增加如果否，則進(jìn)行新一輪的表格詢問(wèn)重新檢索是很快的，EOA增加較慢，而新一輪表格詢問(wèn)是十分的緩慢的表格點(diǎn)會(huì)存儲(chǔ)在二進(jìn)制樹(shù)種ISAT理論在隨后調(diào)用自適應(yīng)表格時(shí)，表格會(huì)詢問(wèn)：使用ISAT存儲(chǔ)器用戶指定表格的大小（以Mb為大?。┮钥色@得的最大內(nèi)存來(lái)設(shè)定ISAT表格的大小準(zhǔn)確性默認(rèn)的ISAT誤差限位0.001當(dāng)求解已經(jīng)收斂的時(shí)候，減小該值來(lái)確定熱化學(xué)解是否不再變化效率在瞬態(tài)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)的初期，ISAT表格由中間映射填充這些映射不會(huì)再進(jìn)行重新檢索，但會(huì)浪費(fèi)內(nèi)存（并且會(huì)增加遍歷表格的時(shí)間）如果可以，定期的清除這些中間映射，可以提高效率使用ISAT存儲(chǔ)器ISAT性能化學(xué)反應(yīng)可以加速10到1000倍一般可以加速100倍這是十分可觀的上百倍的加速意味著原本需要3個(gè)月的模擬現(xiàn)在只需要1天就可以完成但是，ISAT表格插值存在錯(cuò)誤必須經(jīng)常通過(guò)降低ISAT誤差容忍度并確保結(jié)果不再發(fā)生變化來(lái)檢測(cè)準(zhǔn)確性ISAT性能化學(xué)反應(yīng)可以加速10到1000倍EDC模型渦破碎概念模型將渦破碎模型（或者馬格努森模型）擴(kuò)展到有限速率化學(xué)反應(yīng)，但是是一種完全不同的模型Gran和Magnussen（1996）Comb.Sci&Tech，119，pp.191-127湍流火焰中的詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)EDC是一種紊流-化學(xué)反應(yīng)交互作用的模型應(yīng)用隨即化學(xué)反應(yīng)機(jī)理解釋復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)由于真實(shí)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理并不是一成不變的剛性反應(yīng)，因此十分耗費(fèi)計(jì)算。ISAT（自適應(yīng)表格）程序用來(lái)加速假定反應(yīng)在小尺度內(nèi)發(fā)生EDC模型渦破碎概念模型EDC理論

EDC理論

EDC案例實(shí)驗(yàn)非預(yù)混甲烷、引導(dǎo)性、紊流擴(kuò)散火焰SandiaFlameD幾何結(jié)構(gòu)有2352個(gè)四邊形的對(duì)稱(chēng)網(wǎng)格紊流模型標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，且Cεl=1.52，Sct=1.0（Pope修正）化學(xué)反應(yīng)19中組分污染物包括NOEDC案例實(shí)驗(yàn)NO平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)NO平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)

平均溫度平均YO2平均溫度平均YCO

平均YNO平均YCOPDF傳輸模型

PDF傳輸模型

求解算法PDF方程式高維度的Ndim=N個(gè)組分方程+1能量方程=N+1維不能用FD/FV/FE方法進(jìn)行求解用蒙特卡洛法求解PDF傳輸方程由于對(duì)流粒子在物理空間內(nèi)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，并由于混合和反應(yīng)而穿過(guò)混合物空間對(duì)流、擴(kuò)散和反應(yīng)分部進(jìn)行求解三種混合模式與平均值想交換的相互作用（IEM）修正旋度歐氏最小生成樹(shù)求解算法PDF方程式高維度的PDF傳輸模型案例實(shí)驗(yàn)非預(yù)混甲烷，有引導(dǎo)的、紊流擴(kuò)散火焰SandiaFlameD火焰幾何結(jié)構(gòu)有2352個(gè)四邊形網(wǎng)格的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)湍流模型標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，其中Cεl=1.52，Sct=1.0（Pope修正）混合IEM和Cφ=2的修正旋度化學(xué)反應(yīng)16種組分的主要機(jī)理PDF傳輸模型案例實(shí)驗(yàn)PDF傳輸模型案例：D型火焰PDF傳輸模型案例：D型火焰紅色標(biāo)記：實(shí)驗(yàn)值，藍(lán)色實(shí)線：修正曲線，綠色虛線：IEM燃燒數(shù)值模擬高級(jí)教程ppt課件詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)模型案例：貧預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)貧預(yù)混的預(yù)蒸發(fā)（LPP）丙烷-空氣燃燒位于Anderson,D.N的NASA的Lewis研究中心湍流模型標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)燃燒模型層流有限速率模型EDC模型組分PDF傳輸模型NO和N2O形成的Kundu化學(xué)反應(yīng)機(jī)理17種組分、23步反應(yīng)詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)模型案例：貧預(yù)混燃燒實(shí)驗(yàn)CO發(fā)射指數(shù)CO發(fā)射指數(shù)Nox發(fā)射指數(shù)Nox發(fā)射指數(shù)表面反應(yīng)吸收反應(yīng)表面反應(yīng)解吸反應(yīng)三種類(lèi)型的組分：氣體，表面（地點(diǎn)），固體組分FLUENT對(duì)待處于表面的化學(xué)組分與處于氣態(tài)的同種化學(xué)組分有著明顯的不同氣相與表面階段的反應(yīng)時(shí)緊密耦合的表面反應(yīng)機(jī)理可以從CHEMKIN表格中直接導(dǎo)入表面反應(yīng)吸收反應(yīng)FLUENT6中表面反應(yīng)模型（已解決表面）具有多位置和位置組分的多步反應(yīng)表面反應(yīng)產(chǎn)物可以在其他表面反應(yīng)中作為反應(yīng)物參與反應(yīng)局部位置平衡與從表面解吸氣態(tài)組分氣相和表面組分可以在反應(yīng)中充當(dāng)反應(yīng)物，并且可以控制純粹的表面反應(yīng)FLUENT6中表面反應(yīng)模型（已解決表面）具有多位FLUENT6中表面反應(yīng)模型（已解決表面）在不同表面中不同的反應(yīng)機(jī)理（區(qū)域建立）在每一個(gè)表面和邊界允許不同的表面反應(yīng)大量礦石組分沉積在同一表面用戶定義出口分別追蹤每種礦石組分的沉積/刻蝕速率對(duì)定點(diǎn)組分的濃度和空閑定點(diǎn)畫(huà)出等值線圖UDF函數(shù)，允許在表面上獲得吸收組分濃度FLUENT6中表面反應(yīng)模型（已解決表面）在不同表面中不同多孔介質(zhì)中的表面反應(yīng)（未解決的表面）多孔介質(zhì)中的表面反應(yīng)催化劑以多孔介質(zhì)的形式體現(xiàn)定義多孔區(qū)域內(nèi)導(dǎo)熱屬于各項(xiàng)異性真實(shí)速度計(jì)算解釋了流體加速產(chǎn)生的影響多孔介質(zhì)中的不均勻空隙度（孔隙度）和阻力分布UDF函數(shù)多孔介質(zhì)中的表面反應(yīng)（未解決的表面）多孔介質(zhì)中的表面反應(yīng)表面反應(yīng)設(shè)置表面反應(yīng)設(shè)置表面反應(yīng)設(shè)定表面反應(yīng)設(shè)定動(dòng)力學(xué)模型反應(yīng)設(shè)定的擴(kuò)展模型（受限許可）可直接兼容CHEMKIN4.0氣相反應(yīng)-所有的反應(yīng)模型包括所有與壓力有關(guān)的反應(yīng)氣相-表面反應(yīng)-所有的反應(yīng)模型包括取決于表面覆蓋率的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型反應(yīng)設(shè)定的擴(kuò)展模型（受限許可）總結(jié)層流火焰只有層流問(wèn)題分離或耦合求解器計(jì)算十分耗時(shí)EDC模型解釋了不平衡的影響計(jì)算十分耗時(shí)，ISAT可以減少耗時(shí)PDF傳輸模型解釋了應(yīng)用隨機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，ISAT可以減少計(jì)算耗時(shí)表面反應(yīng)具有多點(diǎn)和定點(diǎn)組分的多步反應(yīng)發(fā)生在壁面和多孔介質(zhì)中的反應(yīng)可以模擬動(dòng)力學(xué)模型總結(jié)層流火焰附錄剛性求解器案例學(xué)習(xí)：催化劑燃燒壁面反應(yīng)催化劑轉(zhuǎn)化器將整體材料視為多孔介質(zhì)對(duì)待考慮多孔介質(zhì)中壓降和流體加速反應(yīng)發(fā)生在多孔介質(zhì)中（標(biāo)準(zhǔn)化的面/體積比）附錄剛性求解器剛性求解器

剛性求解器

剛性求解器

剛性求解器

單通道案例邊界條件：體積組分：3%甲烷入口速度：5m/s入口溫度：600K氣體組分：CH4，O2，H2，CO，N2，OH表面組分：Pt(s)，H(s)，O(s)，OH(s)，H2O(s)，H3(s)，CH2(s)，CH(s)，C(s)，CO(s)，CO2(s)單通道案例表面反應(yīng)機(jī)理：表面反應(yīng)機(jī)理：主要?dú)怏w組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)云圖主要?dú)怏w組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)云圖覆蓋表面文件主要組分少量組分覆蓋表面文件主要組分催化劑整流器模擬催化劑整流器模擬催化劑整流器模擬廢氣中包括多種化學(xué)組分，部分是有害的廢氣中有害的化學(xué)組分是：一氧化碳（CO）氮氧化物（NOx）烴類(lèi)（HC）CO，Nox，HC和粉塵是法律嚴(yán)厲控制的催化劑整流器用來(lái)減少CO，NOx和HC的排放催化劑整流器模擬廢氣中包括多種化學(xué)組分，部分是有害的催化劑整流器圖解催化劑整流器的主要構(gòu)成部分是單成巖單成巖通常具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其外表面覆蓋一種或幾種催化劑，通常稱(chēng)為涂層（鉑，銠，鈀）催化劑整流器圖解催化劑整流器的主要構(gòu)成部分是單成巖幾何結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格通用密閉式耦合催化劑整流器非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格在簡(jiǎn)單幾何結(jié)構(gòu)區(qū)域設(shè)置六面體網(wǎng)格在復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)區(qū)域設(shè)置四面體網(wǎng)格非機(jī)構(gòu)化網(wǎng)格可以快速構(gòu)建網(wǎng)格數(shù)量大約為120000個(gè)單元幾何結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格通用密閉式耦合催化劑整流器催化劑整流器仿真模型與網(wǎng)格非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格：120000網(wǎng)格催化劑整流器仿真模型與網(wǎng)格非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格：120000網(wǎng)格邊界條件單成巖多孔介質(zhì)各向異性的流動(dòng)阻力沿氣流方向的低流動(dòng)阻力垂直氣流方向的高流動(dòng)阻力具有蜂窩結(jié)構(gòu)的管道壁面熱傳遞對(duì)流是壁面熱損失的原因熱傳遞系數(shù)為10w/K-m2自由流溫度為300K壁面厚度為0.001m表面的面/體比20001/m邊界條件單成巖多孔介質(zhì)反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理是基于海德?tīng)柋さ腃hatterjee,D.的“DetaillierteModellierungvonAbgskatalysatoren(Ph.D.Thesis)”（2011）在數(shù)據(jù)無(wú)法獲得之處建立了一些假設(shè)氣體的熱性質(zhì)等擴(kuò)散性催化劑的熱性質(zhì)（機(jī)密信息）3相催化劑整流器反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理是基于海德?tīng)柋さ腃hatterjee,D.C3H6在Pt作用下氧化的反應(yīng)機(jī)理C3H6在Pt作用下氧化的反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理結(jié)果結(jié)果結(jié)果結(jié)果結(jié)果結(jié)果FLUETN中的離散模型與噴霧模型FLUETN中的離散模型與噴霧模型離散相模型在拉格朗日結(jié)構(gòu)中可以計(jì)算粒子/液滴的軌跡氣相歐拉方程的換熱、換質(zhì)以及動(dòng)量交換離散相體積分?jǐn)?shù)必須<10%質(zhì)量負(fù)載可以很大（+100%）沒(méi)有粒子間相互作用或破碎紊流擴(kuò)散模型是由隨即軌道模型粒子云模型粒子分離模型，噴霧干燥模型，液體燃料或煤燃燒模型等假定粒子進(jìn)入和離開(kāi)計(jì)算區(qū)域。不能用于計(jì)算持續(xù)懸浮或固定的模型。離散相模型在拉格朗日結(jié)構(gòu)中可以計(jì)算粒子/液滴的軌跡DPM方程

DPM方程

階段間耦合單通道耦合與雙通道耦合在燃燒系統(tǒng)中，離散相和連續(xù)相是典型的雙通道耦合通過(guò)質(zhì)量、動(dòng)量和能量源項(xiàng)，粒子相影響流動(dòng)相案例包括：惰性顆粒的加熱與冷卻液滴蒸發(fā)液滴沸騰液化作用表面燃燒階段間耦合單通道耦合與雙通道耦合顆粒類(lèi)型顆粒類(lèi)型包括：惰性的，液滴和燃燒顆粒給出幾種液化作用和焦燃燒模型。注意：該模型控制從煤/油生成燃料尾氣的速度。氣相（連續(xù)相）反應(yīng)采用PDF模型或者有限速率燃燒模型。顆粒類(lèi)型說(shuō)明惰性的惰性的/加熱或冷卻液滴（油）加熱/蒸發(fā)/沸騰正在燃燒（煤）加熱；揮發(fā)物變化/膨脹；多相表面反應(yīng)顆粒類(lèi)型顆粒類(lèi)型包括：惰性的，液滴和燃燒顆粒顆粒類(lèi)型說(shuō)明惰性液化作用和焦燃燒模型四種液化模型，定速率模型（默認(rèn)）單一動(dòng)力學(xué)速率模型雙競(jìng)爭(zhēng)速率模型（）CPD模型五種焦燃燒模型，有限擴(kuò)散率模型（默認(rèn)）動(dòng)力學(xué)/有限擴(kuò)散速率模型本征模型CBK模型多表面反應(yīng)模型在壁面/入口/出口等處顆粒邊界條件液化作用和焦燃燒模型四種液化模型，紊流擴(kuò)散模型當(dāng)顆粒進(jìn)入湍流渦旋中時(shí)，在它們穿過(guò)渦流的時(shí)間內(nèi)，顆粒試圖按照渦流運(yùn)動(dòng)。這種影響會(huì)導(dǎo)致側(cè)面擴(kuò)散，這種擴(kuò)散也應(yīng)考慮在模型中。兩種可應(yīng)用方法：顆粒隨機(jī)軌道模型（隨即軌道）粒子云模型紊流擴(kuò)散模型當(dāng)顆粒進(jìn)入湍流渦旋中時(shí)，在它們穿過(guò)渦流的時(shí)間內(nèi)，隨機(jī)軌道模型與云霧徑跡模型隨機(jī)軌道模型：考慮如溫度、速度和組分濃度等流動(dòng)性質(zhì)的局部改變。需要大量的隨機(jī)試驗(yàn)以獲得統(tǒng)計(jì)上可信的案例（通過(guò)改變網(wǎng)格密度）不充分的隨機(jī)試驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致收斂性問(wèn)題、不平滑的顆粒濃度和耦合源項(xiàng)的發(fā)散。推薦使用復(fù)雜模型云霧徑跡：在云顆粒模型中，對(duì)流動(dòng)性質(zhì)（如溫度等）的局部變化進(jìn)行了平均化處理。顆粒濃度平滑分布，具有耦合源項(xiàng)。每一個(gè)直徑大小要求各自的云軌道計(jì)算隨機(jī)軌道模型與云霧徑跡模型隨機(jī)軌道模型：射入軌道顆粒需要以下數(shù)據(jù)的初始信息：位置直徑速度組分溫度流動(dòng)比率開(kāi)始時(shí)間結(jié)束時(shí)間射入軌道是提供這些信息的一種手段兩種可用的通用類(lèi)型：直接描述開(kāi)始狀態(tài)基于霧化輔助模型的射入裝置自動(dòng)計(jì)算初始狀態(tài)射入軌道顆粒需要以下數(shù)據(jù)的初始信息：直接DPM設(shè)定單一：一個(gè)顆粒流從單一點(diǎn)射出群組：顆粒流沿同一條線射出空心/實(shí)心圓錐體：（三維）顆粒流以圓錐形模型射出表面：顆粒流從一個(gè)表面射出（每個(gè)流一個(gè)面或每個(gè)面按照羅辛-拉格姆分布）文件：顆粒流的射入位置和初始狀態(tài)由外部文件讀取（該文件可以由前面對(duì)簡(jiǎn)單平面的計(jì)算中得到）直接DPM設(shè)定單一：一個(gè)顆粒流從單一點(diǎn)射出非定常流動(dòng)中顆粒追蹤每個(gè)顆粒都在時(shí)間上隨流動(dòng)發(fā)展對(duì)于耦合流動(dòng)采用隱式時(shí)間步長(zhǎng)，在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)中進(jìn)行的顆粒追蹤都進(jìn)行子迭代對(duì)于非耦合流動(dòng)或耦合流動(dòng)采用顯式時(shí)間步長(zhǎng)，顆粒在每一時(shí)間步長(zhǎng)的最后發(fā)展非定常流動(dòng)中顆粒追蹤每個(gè)顆粒都在時(shí)間上隨流動(dòng)發(fā)展瞬態(tài)流動(dòng)的求解策略對(duì)離散相設(shè)定初始狀態(tài)（重新設(shè)定離散型模型能夠確保中間狀態(tài)耦合已經(jīng)初始化）DPM源項(xiàng)只在每一次顆粒迭代中更新。如果松弛因子比1小，為了得到詳盡的源項(xiàng)要保證在每一時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)有足夠多的顆粒迭代。當(dāng)在每一時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)只進(jìn)行一次顆粒計(jì)算時(shí)，必須將松弛因子設(shè)為1.如果需要降低DPM松弛因子，那么降低每一次DPM迭代中連續(xù)相迭代的數(shù)量。當(dāng)不收斂時(shí)采用較小的時(shí)間不成。（確保結(jié)果在每一時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)都收斂）瞬態(tài)流動(dòng)的求解策略對(duì)離散相設(shè)定初始狀態(tài)（重新設(shè)定離散型模型能樣本平面和顆粒直方圖隨著顆粒穿過(guò)樣品平面（在2維中是線）追蹤平均顆粒軌跡，結(jié)果（位置、速度等）寫(xiě)入文件中這些文件可以由繪制直方圖工具讀入，并在繪出停留時(shí)間和顆粒性質(zhì)分布直方圖顆粒性質(zhì)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差也可以記錄樣本平面和顆粒直方圖隨著顆粒穿過(guò)樣品平面（在2維中是線）追蹤用戶定義DPM函數(shù)應(yīng)用用戶定義函數(shù)（UDF’s）進(jìn)如下列離散相，應(yīng)力外部應(yīng)力輸出樣品平面腐蝕/增加速率顆粒與液滴反應(yīng)定律定律之間自定義轉(zhuǎn)換在射入軌道時(shí)進(jìn)入顆粒定義與每一個(gè)顆粒和每一個(gè)顆粒時(shí)間步長(zhǎng)通路有關(guān)的標(biāo)量（可以在整個(gè)顆粒周期內(nèi)對(duì)標(biāo)量變化量進(jìn)行積分）用戶定義DPM函數(shù)應(yīng)用用戶定義函數(shù)（UDF’s）進(jìn)如下列離散霧化模型為什么需要霧化模型？霧化模型計(jì)算顆粒的初始條件和運(yùn)行條件，這些條件DPM模型由給定的霧化類(lèi)型自動(dòng)計(jì)算中所必須的。因此，這種模型可以很大程度上加速問(wèn)題的設(shè)定過(guò)程。霧化過(guò)程是十分復(fù)雜的霧化過(guò)程的目的是生成小液滴，并且物理屬性也是十分復(fù)雜的：薄片→韌帶→液滴射流→液滴大液滴→小液滴對(duì)霧化很重要的參數(shù)：液體密度和氣體密度液體粘度和氣體粘度表面張力（Weber數(shù)=慣性力/表面張力）霧化模型為什么需要霧化模型？霧化壓力霧化：當(dāng)液體在高壓下從小孔中排出時(shí)壓力霧化的主要形式：平口；壓力渦旋（單一的）；雙重噴嘴旋轉(zhuǎn)霧化：主要是由高速旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)及將液體導(dǎo)入中心的方法構(gòu)成?？諝廨o助/空氣爆炸霧化一股液流暴露在空氣或蒸汽流中霧化壓力霧化：主要的霧化模型霧化模型用于計(jì)算由霧化過(guò)程得到顆粒的初始狀態(tài)，而不是直接模擬霧化內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜過(guò)程，并進(jìn)行半經(jīng)驗(yàn)修正。在FLUENT6中有5種先進(jìn)的霧化模型可選：平口噴嘴霧化壓力霧化噴嘴鼓風(fēng)霧化器扁平扇形噴嘴泡騰霧化噴嘴任何一種噴射都可以設(shè)定為上述形式中的一種。霧滴的大小和速度將會(huì)自動(dòng)設(shè)定。主要的霧化模型霧化模型用于計(jì)算由霧化過(guò)程得到顆粒的初始狀態(tài)，平口噴嘴霧化管道周?chē)幸蝗π】子腥N狀態(tài)：?jiǎn)蜗喑膳輨×逸斎耄红F化噴嘴位置軸線（3D）質(zhì)量流速率開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間蒸汽壓力內(nèi)直徑孔口長(zhǎng)度入口彎角曲率半徑噴霧角常數(shù)A開(kāi)始與結(jié)束角度的方位角（3D）平口噴嘴霧化管道周?chē)幸蝗π】讐毫F化噴嘴應(yīng)用施密特等人的線性不穩(wěn)定的霧化片（LISA）。（1999）假定KH波從片狀打碎成帶狀，隨后又由于靜脈曲張的不穩(wěn)定性被打碎成液滴。用戶輸入：噴嘴位置軸線（3D）質(zhì)量流速率開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間內(nèi)直徑噴霧半角上游壓力表常數(shù)帶常數(shù)開(kāi)始和結(jié)束角度的方位角（3D）壓力霧化噴嘴應(yīng)用施密特等人的線性不穩(wěn)定的霧化片（LISA）。鼓風(fēng)霧化器額外的空氣通過(guò)噴嘴進(jìn)入，形成更小的液滴直徑是壓力霧化噴嘴的一種變形用戶輸入：噴嘴位置軸線（3D）質(zhì)量流速率開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間內(nèi)直徑外直徑霧化半角中心空氣和膜的之間最大相對(duì)速度表常數(shù)帶常數(shù)開(kāi)始和結(jié)束角度的方位角（3D）鼓風(fēng)霧化器額外的空氣通過(guò)噴嘴進(jìn)入，形成更小的液滴直徑用戶輸入扁平扇形噴嘴液體以平板狀進(jìn)入膜破裂發(fā)生在壓力霧化噴嘴用戶輸入：噴嘴位置軸線（3D）法向（3D）質(zhì)量流速率開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間霧化半角孔寬度平扇形片狀常數(shù)扁平扇形噴嘴液體以平板狀進(jìn)入用戶輸入：泡騰噴嘴排出過(guò)熱或非常熱的液體液體在離開(kāi)噴嘴后會(huì)迅速蒸發(fā)用戶輸入：噴嘴位置軸線（3D）質(zhì)量流速率開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間內(nèi)直徑蒸發(fā)壓力混合質(zhì)量蒸發(fā)的過(guò)熱射流的質(zhì)量分?jǐn)?shù)飽和溫度離散常數(shù)最大半角開(kāi)始和結(jié)束角度的方位角（3D）泡騰噴嘴排出過(guò)熱或非常熱的液體用戶輸入：二級(jí)霧化模型在Fluent6中有幾種二級(jí)霧化模型：碰撞與合并模型（O’Rourke）泰勒類(lèi)比破碎模型（TAB）開(kāi)爾文-赫姆霍茲（波）破碎模型液滴變形的動(dòng)力學(xué)阻力模型這些模型與Fluent6中的主要霧化模型完全兼容詳細(xì)描述見(jiàn)附錄二級(jí)霧化模型在Fluent6中有幾種二級(jí)霧化模型：聯(lián)合技術(shù)中心小汽輪機(jī)噴嘴可視分布式試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量的莫爾文線由UTRC提供Fluent模型軸對(duì)稱(chēng)可實(shí)現(xiàn)k-ε模型鼓風(fēng)初級(jí)霧化TAB二級(jí)霧化碰撞/合并動(dòng)力學(xué)阻力UDFDPM數(shù)值分布式試驗(yàn)臺(tái)當(dāng)液滴通過(guò)平面時(shí)允許自定義文件輸出聯(lián)合技術(shù)中心小汽輪機(jī)噴嘴可視分布式試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量的莫爾文線汽輪機(jī)噴嘴（Cont’d）汽輪機(jī)噴嘴（Cont’d）汽輪機(jī)噴嘴（Cont’d）主要霧化鼓風(fēng)模型二級(jí)霧化TAB液滴破碎模型動(dòng)力阻力O’Rourke的碰撞和合并模型汽輪機(jī)噴嘴（Cont’d）主要霧化柴油機(jī)燃燒CAT柴油機(jī)演示模型動(dòng)力學(xué)網(wǎng)格純分層標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型霧化模型波非預(yù)混燃燒渦破碎模型柴油機(jī)燃燒CAT柴油機(jī)柴油機(jī)燃燒（Cont’d）柴油機(jī)燃燒（Cont’d）柴油機(jī)燃燒（Cont’d）柴油機(jī)燃燒（Cont’d）噴霧反應(yīng)模擬噴霧反應(yīng)模擬總結(jié)很多應(yīng)用中需要將離散顆粒與連續(xù)相計(jì)算結(jié)合在一起。FLUENT6DPM/Spary模型為復(fù)雜的物理情況提供了一種強(qiáng)大的工具。霧化模型（包括初級(jí)和二次霧化模型）使得很多噴霧問(wèn)題變得簡(jiǎn)單?？偨Y(jié)很多應(yīng)用中需要將離散顆粒與連續(xù)相計(jì)算結(jié)合在一起。附錄二級(jí)霧化模型噴霧案例附錄二級(jí)霧化模型液滴碰撞模型粒子不停地運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)相互碰撞流域1的一個(gè)液滴和流域2的所有液滴之間碰撞數(shù)的平均期望值由此（O’Rourke,1981）計(jì)算流域1的一個(gè)液滴和流域2的所有液滴之間碰撞數(shù)的概率分布呈泊松分布液滴碰撞模型粒子不停地運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)相互碰撞液滴碰撞模型（Cont’d）在碰撞之后，液滴可能會(huì)反彈也可能會(huì)合并液滴在正面碰撞時(shí)會(huì)發(fā)生合并現(xiàn)象液滴在傾斜碰撞時(shí)，由于韋伯?dāng)?shù)和臨界值的偏移，往往會(huì)發(fā)生反彈現(xiàn)象合并后液滴的性能取決于守恒定律，碰撞后掠過(guò)的液滴的速度取決于動(dòng)量守恒定律注意：此模型僅適用于We<100，其中假定每一時(shí)間步長(zhǎng)僅發(fā)生一次碰撞液滴碰撞模型（Cont’d）在碰撞之后，液滴可能會(huì)反彈也可能Taylor類(lèi)比破裂（TAB）模型Raleigh-Taylor把震蕩變形的液滴和一個(gè)彈性質(zhì)量系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比（O’Rourke,1981）表面張力彈性回復(fù)力阻力外力液滴粘性力阻尼力當(dāng)液滴的變形超出某一程度時(shí)，液滴就會(huì)破碎。此時(shí)，子液滴的大小由能量守恒來(lái)確定（子液滴的數(shù)量由質(zhì)量守恒來(lái)確定）子液滴有一個(gè)垂直于原液滴速度方向的速度分量Taylor類(lèi)比破裂（TAB）模型Raleigh-TaylTAB模型（Cont’d）在破裂之后，DPM流域的數(shù)量保持常數(shù)值，流域中的粒子數(shù)會(huì)增加，而直徑會(huì)減小該模型對(duì)低韋伯?dāng)?shù)（We<100）的噴霧有效通過(guò)與Hiroyasu的噴霧轟炸實(shí)驗(yàn)作比較來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證滲透度（cm）時(shí)間（ms）TAB模型（Cont’d）在破裂之后，DPM流域的數(shù)量保持常波動(dòng)破裂模型空氣動(dòng)力的剪切作用引起液滴的波動(dòng)，不穩(wěn)定的Kelvin-Helmholtz波也會(huì)增長(zhǎng)，這就使得小液滴從原液滴上脫離Reitz(1987)的模型來(lái)源于對(duì)射出的液滴增長(zhǎng)率最大值和相應(yīng)波長(zhǎng)的穩(wěn)定性分析子液滴的大小與增長(zhǎng)最快的波長(zhǎng)成比例波動(dòng)破裂模型空氣動(dòng)力的剪切作用引起液滴的波動(dòng)，不穩(wěn)定的Kel波動(dòng)破裂模型（Cont’d）當(dāng)液滴的規(guī)定的質(zhì)量脫落后，一個(gè)新的顆粒形成適用于高韋伯?dāng)?shù)噴霧通過(guò)與噴霧轟炸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作比較來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證滲透度（cm）時(shí)間（ms）波動(dòng)破裂模型（Cont’d）當(dāng)液滴的規(guī)定的質(zhì)量脫落后，一個(gè)新動(dòng)態(tài)阻力模型在噴霧中，液滴經(jīng)過(guò)快速的減速后，被周?chē)鷼怏w扭曲和壓扁圓盤(pán)上的阻力比球體上的大得多。為了模擬出這種效應(yīng)，阻力系數(shù)在球體和圓盤(pán)的阻力系數(shù)之間進(jìn)行插值，基于以下變形：這一變形y可以使用之前描述的TAB模擬進(jìn)行預(yù)測(cè)空氣動(dòng)力，扭曲y=0y=1動(dòng)態(tài)阻力模型在噴霧中，液滴經(jīng)過(guò)快速的減速后，被周?chē)鷼怏w扭曲和墻面-噴射模型反射DPM-BC墻面-噴射DPM-BC2-D轉(zhuǎn)子測(cè)試案例—反映轉(zhuǎn)子和定子的邊界條件，出口壁面的存水彎BC，每分鐘3000轉(zhuǎn)墻面-噴射模型反射DPM-BC墻面-噴射DPM-BC2-汽缸內(nèi)流動(dòng)-噴霧和燃燒DPM模型（噴射-墻面影響）反射DPM-BC墻面-噴射DPM-BC汽缸內(nèi)流動(dòng)-噴霧和燃燒DPM模型（噴射-墻面影響）反射D汽缸內(nèi)流動(dòng)-噴霧和燃燒3-D汽缸內(nèi)測(cè)試案例—每分鐘2000轉(zhuǎn)，固體圓錐形噴霧器，6穴內(nèi)燃機(jī)噴油器，波動(dòng)破裂，O’Rourke碰撞。碰撞角Φ=4.0時(shí)的溫度等值線圖反射DPM-BC墻面-噴射DPM-BC總溫度等值線圖（K）靜態(tài)溫度等值線圖（K）汽缸內(nèi)流動(dòng)-噴霧和燃燒3-D汽缸內(nèi)測(cè)試案例—每分鐘2000轉(zhuǎn)霧化器進(jìn)料為液體，比如溶劑、懸浮液或乳膠，在霧化器中的一步操作后，都可以被轉(zhuǎn)化成粉末、顆?；驁F(tuán)塊形式霧化后的進(jìn)料呈噴霧形式，在適當(dāng)設(shè)計(jì)的干燥室中與熱氣體接觸。干燥失室中的液體蒸發(fā)后只留下干粉霧化器的適用范圍較廣泛：食品、乳制品、等離子處理器、藥品生產(chǎn)、有機(jī)和無(wú)機(jī)化工、橡膠、陶瓷粉和清潔劑等霧化器粉末出口外部流化床干燥室旋風(fēng)分離器和排氣裝置霧化器進(jìn)料為液體，比如溶劑、懸浮液或乳膠，在霧化器中的一步操霧化器模型霧化器模型難以進(jìn)行數(shù)值模擬，原因如下：該模型同時(shí)還需要復(fù)雜的物理模型，比如燃燒、湍流以及離散相顆粒軌跡在顆粒和氣相之間存在牢固的中間相耦合在不同相之間存在密度差正在進(jìn)行的還有傳熱和蒸發(fā)現(xiàn)象在這個(gè)過(guò)程的參數(shù)優(yōu)化中，CFD可以起到有效的作用。比如，原始液滴的直徑、噴霧的位置和方向以及噴涂材料的質(zhì)量流量霧化器模型霧化器模型難以進(jìn)行數(shù)值模擬，原因如下：霧化器分析沒(méi)有蒸發(fā)作用（左圖）的溫度要比有蒸發(fā)現(xiàn)象（中間圖）的溫度高得多，因?yàn)檎舭l(fā)作用冷卻了干燥器，這樣顆粒就不會(huì)過(guò)熱蒸發(fā)的水蒸氣（右圖）相當(dāng)均勻CFD為這一操作提供了一種深刻的理解，這通過(guò)實(shí)驗(yàn)是不可行的霧化器分析沒(méi)有蒸發(fā)作用（左圖）的溫度要比有蒸發(fā)現(xiàn)象（中間圖）FLUENT中的輻射模型入射輻射等值線圖FLUENT中的輻射模型入射輻射等值線圖輻射傳熱輻射傳遞方程（RTE）

I

單位時(shí)間、單位可見(jiàn)輻射面積，在單位立體角內(nèi)所發(fā)射全部波長(zhǎng)的能量

分別是吸收比和散射比

斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)

Φ

散射相函數(shù)（一種射線從一個(gè)方向散射到另一確定的方向的概率）I綜合了所有波長(zhǎng)（灰體）——不依賴光譜有帶狀灰色選項(xiàng)的離散坐標(biāo)模型求解出每一波段的I值困難在于：強(qiáng)度不僅是任意位置s函數(shù)，還是從所有立體角入射的輻射強(qiáng)度I的函數(shù)

I沿S路徑的變化率吸收和外部散射引起的減少量釋放氣體和內(nèi)部散射帶來(lái)的增加量

輻射傳熱輻射傳遞方程（RTE）I沿S路徑的變化率吸收和外部散輻射理論外部散射，入射輻射，I向外發(fā)出的輻射，局部的發(fā)射和吸收內(nèi)部散射（沿射線路徑散射）輻射強(qiáng)度沿著任意增加梯度的方向，通過(guò)吸收和外部散射作用而衰減，通過(guò)發(fā)射和內(nèi)部散射作用而增強(qiáng)輻射理論外部散射，入射輻射，I向外發(fā)出的輻射，局部的發(fā)射和吸有效模型FLUENT6版本中的輻射模型離散傳播輻射模型（DTRM）P-1模型Rosseland模型離散坐標(biāo)（DO）模型表面輻射（S2S）模型日光輻射模型對(duì)太陽(yáng)輻射能運(yùn)輸?shù)纳渚€追蹤算法：與所有的輻射模型都兼容僅適用于3D重要的參數(shù)是光學(xué)厚度≡aLa是特征吸收系數(shù)，對(duì)于碳?xì)浠衔锶紵齛=1m-1

L是燃燒室平均尺寸的特征長(zhǎng)度有效模型FLUENT6版本中的輻射模型離散傳播輻射模型（DTRM）使用拉格朗日方法追蹤從邊界面發(fā)出的輻射射線假設(shè)可用單一的輻射射線近似從輻射表面沿某一立體角的所有輻射規(guī)定方位角和極角的方向由射線路經(jīng)計(jì)算出先驗(yàn)數(shù)值并保存于射線的文檔中離散傳播輻射模型（DTRM）使用拉格朗日方法追蹤從邊界面發(fā)出DTRM該模型針對(duì)所有的光學(xué)厚度都有效，但是不能用來(lái)解釋散射效應(yīng)運(yùn)算量大可以減少面和體的量，但這樣會(huì)降低模型的精度漫反射面入射輻射是各向同性反射的近似成灰體輻射沒(méi)有光譜依賴性不能使用懸掛節(jié)點(diǎn)DTRM該模型針對(duì)所有的光學(xué)厚度都有效，但是P-1模型該模型是四種通用P-N截?cái)嗄Ｐ椭?，它把RTE方程擴(kuò)展為一系列正交的球面函數(shù)

求解一個(gè)含G的擴(kuò)散方程，

上式中，

輻射通量由下式確定，C是線性-各向異性相函數(shù)系數(shù)（-1<C<1）。當(dāng)C為正數(shù)時(shí)，表示部分輻射能向前散射；當(dāng)C為負(fù)數(shù)時(shí)，表示部分輻射能向后散射P-1模型該模型是四種通用P-N截?cái)嗄Ｐ椭?，它把RTE方程P-1模型優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單，擴(kuò)散方程單一在aL>1時(shí)比較準(zhǔn)確考慮了微粒的散射和各向