燃燒仿真技術(shù)教程：鍋爐燃燒仿真網(wǎng)格劃分詳解

燃燒仿真技術(shù)教程：鍋爐燃燒仿真網(wǎng)格劃分詳解1燃燒仿真基礎(chǔ)1.1燃燒仿真原理燃燒仿真基于數(shù)值方法，通過(guò)求解流體動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的方程組來(lái)模擬燃燒過(guò)程。核心原理包括：連續(xù)性方程：描述質(zhì)量守恒。動(dòng)量方程：基于牛頓第二定律，描述流體的動(dòng)量變化。能量方程：描述能量守恒，包括化學(xué)能的釋放。物種守恒方程：描述化學(xué)反應(yīng)中各物種的質(zhì)量變化。1.1.1示例：連續(xù)性方程#導(dǎo)入必要的庫(kù)

importnumpyasnp

fromegrateimportsolve_ivp

#定義連續(xù)性方程

defcontinuity_equation(t,y,rho,u,v,w):

"""

連續(xù)性方程的定義

:paramt:時(shí)間

:paramy:空間坐標(biāo)

:paramrho:密度

:paramu:x方向速度

:paramv:y方向速度

:paramw:z方向速度

:return:密度的變化率

"""

return-rho*(u*y[0]+v*y[1]+w*y[2])

#初始條件和參數(shù)

rho0=1.225#初始密度

u0=10.0#x方向初始速度

v0=0.0#y方向初始速度

w0=0.0#z方向初始速度

y0=[0.0,0.0,0.0]#初始坐標(biāo)

#時(shí)間范圍

t_span=(0,1)

#解方程

sol=solve_ivp(continuity_equation,t_span,y0,args=(rho0,u0,v0,w0),dense_output=True)

#打印結(jié)果

print("連續(xù)性方程的解：",sol.y)此示例展示了如何使用Python的egrate.solve_ivp函數(shù)求解連續(xù)性方程，但實(shí)際燃燒仿真中，這些方程通常在復(fù)雜幾何中求解，需要使用有限體積法或有限元法等數(shù)值方法。1.2燃燒模型介紹燃燒模型用于描述化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，常見(jiàn)的模型包括：層流火焰模型：適用于層流燃燒，假設(shè)反應(yīng)發(fā)生在火焰前沿。湍流燃燒模型：考慮湍流對(duì)燃燒的影響，如EddyDissipationModel(EDM)。PDF模型：ProbabilityDensityFunction模型，用于處理湍流中化學(xué)反應(yīng)的不確定性。1.2.1示例：EddyDissipationModel(EDM)在湍流燃燒中，EDM假設(shè)化學(xué)反應(yīng)速率由湍流混合速率控制。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：τ其中，k是湍流動(dòng)能，?是湍流耗散率，Cτ1.3仿真軟件選擇選擇燃燒仿真軟件時(shí)，應(yīng)考慮軟件的計(jì)算能力、模型庫(kù)、用戶界面和后處理功能。常見(jiàn)的軟件包括：OpenFOAM：開(kāi)源的CFD軟件，具有豐富的燃燒模型。ANSYSFluent：商業(yè)軟件，廣泛用于工業(yè)燃燒仿真。STAR-CCM+：多物理場(chǎng)仿真軟件，適用于復(fù)雜燃燒系統(tǒng)。1.3.1示例：使用OpenFOAM進(jìn)行燃燒仿真OpenFOAM提供了多種燃燒模型，如reactingMultiphaseInterFoam，適用于多相燃燒仿真。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的OpenFOAM案例設(shè)置：創(chuàng)建案例目錄：foamNewcasemyBoilerSimulation設(shè)置網(wǎng)格：使用blockMesh生成網(wǎng)格。定義物理模型：在constant/turbulenceProperties中選擇湍流模型，在constant/thermophysicalProperties中定義燃燒模型。運(yùn)行仿真：reactingMultiphaseInterFoam后處理：使用paraFoam或foamToVTK導(dǎo)出結(jié)果進(jìn)行可視化。以上示例提供了OpenFOAM中進(jìn)行燃燒仿真的基本步驟，但具體設(shè)置需根據(jù)仿真需求和案例細(xì)節(jié)調(diào)整。通過(guò)上述原理和示例的介紹，我們了解了燃燒仿真的基礎(chǔ)理論、模型選擇和軟件應(yīng)用，這對(duì)于深入理解和應(yīng)用燃燒仿真技術(shù)至關(guān)重要。2鍋爐燃燒仿真預(yù)備知識(shí)2.1鍋爐結(jié)構(gòu)與燃燒原理鍋爐是一種將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，進(jìn)而產(chǎn)生蒸汽或熱水的設(shè)備。在工業(yè)和電力生產(chǎn)中，鍋爐是核心組件之一。其結(jié)構(gòu)通常包括燃燒室、熱交換器、煙道和煙囪等部分。燃燒室是燃料燃燒的地方，熱交換器用于將燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給水，煙道和煙囪則用于排放燃燒后的廢氣。2.1.1燃燒原理燃燒是一種氧化反應(yīng)，燃料（如煤、油、天然氣）與氧氣反應(yīng)，釋放出大量的熱能。這一過(guò)程可以用化學(xué)方程式表示，例如，天然氣（主要成分是甲烷CH4）的燃燒方程式為：C在鍋爐中，燃燒過(guò)程需要控制，以確保燃料的完全燃燒和高效熱能轉(zhuǎn)換。這涉及到燃燒室的設(shè)計(jì)、燃料與空氣的混合比例、燃燒溫度和燃燒時(shí)間等因素。2.2燃燒仿真中的邊界條件設(shè)置在進(jìn)行燃燒仿真時(shí)，邊界條件的設(shè)置至關(guān)重要，它直接影響到仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。邊界條件包括溫度、壓力、流速、燃料和空氣的入口條件，以及熱交換器和煙道的出口條件等。2.2.1示例：邊界條件設(shè)置假設(shè)我們正在使用OpenFOAM進(jìn)行鍋爐燃燒的仿真，以下是一個(gè)邊界條件設(shè)置的示例：#燃燒室入口邊界條件

inlet

{

typefixedValue;

valueuniform(100);//假設(shè)入口流速為1m/s，方向?yàn)閤軸正方向

}

#燃燒室出口邊界條件

outlet

{

typezeroGradient;

valueuniform0;//假設(shè)出口壓力梯度為0

}

#燃燒室壁面邊界條件

walls

{

typefixedValue;

valueuniform300;//假設(shè)壁面溫度為300K

}2.2.2解釋inlet：定義了燃燒室入口的流速條件，使用fixedValue類型，意味著流速在入口處是固定的。outlet：定義了燃燒室出口的壓力條件，使用zeroGradient類型，意味著壓力梯度在出口處為0，即壓力可以自由變化。walls：定義了燃燒室壁面的溫度條件，使用fixedValue類型，意味著壁面溫度是固定的。2.3初始條件與操作參數(shù)初始條件和操作參數(shù)是燃燒仿真中另一組關(guān)鍵設(shè)置，它們決定了仿真開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)以及仿真過(guò)程中的控制參數(shù)。2.3.1初始條件初始條件通常包括溫度、壓力、燃料和空氣的初始濃度等。這些條件需要根據(jù)實(shí)際的鍋爐啟動(dòng)狀態(tài)來(lái)設(shè)定。2.3.2操作參數(shù)操作參數(shù)包括燃料的流量、空氣的流量、燃燒室的溫度和壓力控制等。這些參數(shù)在仿真過(guò)程中需要調(diào)整，以達(dá)到最佳的燃燒效率和熱能轉(zhuǎn)換。2.3.3示例：初始條件與操作參數(shù)設(shè)置繼續(xù)使用OpenFOAM的仿真環(huán)境，以下是一個(gè)初始條件和操作參數(shù)設(shè)置的示例：#初始條件設(shè)置

initial

{

temperature

{

typeuniform;

value298;//初始溫度為298K

}

pressure

{

typeuniform;

value101325;//初始?jí)毫?01325Pa

}

fuelConcentration

{

typeuniform;

value0.05;//初始燃料濃度為5%

}

airConcentration

{

typeuniform;

value0.95;//初始空氣濃度為95%

}

}

#操作參數(shù)設(shè)置

operatingParameters

{

fuelFlowRate0.1;//燃料流量為0.1kg/s

airFlowRate1.0;//空氣流量為1.0kg/s

targetTemperature1200;//目標(biāo)燃燒溫度為1200K

}2.3.4解釋initial：定義了仿真的初始條件，包括溫度、壓力、燃料和空氣的濃度。operatingParameters：定義了仿真的操作參數(shù)，包括燃料和空氣的流量，以及目標(biāo)燃燒溫度。通過(guò)以上設(shè)置，我們可以開(kāi)始進(jìn)行鍋爐燃燒的仿真，分析燃燒過(guò)程中的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象，優(yōu)化鍋爐的設(shè)計(jì)和操作，提高能源利用效率。3燃燒仿真網(wǎng)格劃分技術(shù)教程3.1網(wǎng)格劃分理論3.1.1網(wǎng)格類型與特性在燃燒仿真中，網(wǎng)格劃分是建立準(zhǔn)確模型的關(guān)鍵步驟。網(wǎng)格類型主要分為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格兩大類。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)網(wǎng)格（StructuredGrid）通常在形狀規(guī)則的區(qū)域中使用，如矩形、圓柱形等。它由一系列規(guī)則排列的網(wǎng)格點(diǎn)組成，形成一個(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)，每個(gè)網(wǎng)格單元的形狀和大小相對(duì)均勻。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格易于生成，計(jì)算效率高，但在復(fù)雜幾何形狀的處理上存在局限性。特性:-網(wǎng)格點(diǎn)和單元的排列有規(guī)律，易于索引和處理。-在流體動(dòng)力學(xué)和熱傳導(dǎo)等物理現(xiàn)象的模擬中，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格能提供較好的計(jì)算精度。-適用于規(guī)則幾何形狀的燃燒仿真，如直管、圓柱等。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格（UnstructuredGrid）適用于復(fù)雜幾何形狀的區(qū)域，如鍋爐內(nèi)部的燃燒室。它由不規(guī)則排列的網(wǎng)格點(diǎn)和單元組成，能夠更靈活地適應(yīng)復(fù)雜的邊界條件。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成較為復(fù)雜，但能更準(zhǔn)確地模擬實(shí)際燃燒過(guò)程中的物理現(xiàn)象。特性:-網(wǎng)格單元的形狀和大小可以不一致，適應(yīng)復(fù)雜幾何形狀。-在處理復(fù)雜的邊界條件和物理現(xiàn)象時(shí)，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格能提供更高的計(jì)算精度。-適用于鍋爐燃燒室等復(fù)雜幾何形狀的燃燒仿真。3.1.2網(wǎng)格質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格質(zhì)量直接影響燃燒仿真的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。評(píng)估網(wǎng)格質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)包括：網(wǎng)格單元形狀正交性（Orthogonality）:網(wǎng)格單元的邊應(yīng)盡可能正交，避免出現(xiàn)銳角或鈍角，以減少數(shù)值誤差。扭曲度（Skewness）:網(wǎng)格單元不應(yīng)過(guò)度扭曲，扭曲度應(yīng)保持在合理范圍內(nèi)，以確保計(jì)算的穩(wěn)定性。網(wǎng)格單元大小均勻性（Uniformity）:網(wǎng)格單元大小應(yīng)盡可能均勻，避免局部過(guò)密或過(guò)疏，以保持計(jì)算精度的一致性。梯度（Gradient）:在物理現(xiàn)象變化劇烈的區(qū)域，如燃燒區(qū)域，網(wǎng)格單元應(yīng)適當(dāng)細(xì)化，以捕捉細(xì)節(jié)。網(wǎng)格單元數(shù)量網(wǎng)格獨(dú)立性（GridIndependence）:網(wǎng)格單元數(shù)量應(yīng)足夠多，以確保計(jì)算結(jié)果不受網(wǎng)格密度的影響，但同時(shí)也要考慮計(jì)算資源的限制。3.1.3網(wǎng)格獨(dú)立性測(cè)試網(wǎng)格獨(dú)立性測(cè)試是確保計(jì)算結(jié)果可靠性的關(guān)鍵步驟。通過(guò)逐漸增加網(wǎng)格密度，觀察計(jì)算結(jié)果的變化，直到結(jié)果不再顯著變化，即認(rèn)為達(dá)到了網(wǎng)格獨(dú)立性。測(cè)試步驟初始網(wǎng)格劃分：使用一個(gè)相對(duì)粗糙的網(wǎng)格進(jìn)行初步計(jì)算。細(xì)化網(wǎng)格：逐步細(xì)化網(wǎng)格，增加網(wǎng)格單元數(shù)量。比較結(jié)果：對(duì)比不同網(wǎng)格密度下的計(jì)算結(jié)果，如溫度分布、壓力分布等。評(píng)估變化：如果結(jié)果變化小于預(yù)設(shè)的誤差閾值，認(rèn)為達(dá)到了網(wǎng)格獨(dú)立性。示例假設(shè)我們正在對(duì)一個(gè)鍋爐燃燒室進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性測(cè)試，以下是使用OpenFOAM進(jìn)行測(cè)試的代碼示例：#初始網(wǎng)格劃分

blockMesh-case<case_directory>

#細(xì)化網(wǎng)格

refineMesh-case<case_directory>-levels1

#進(jìn)行計(jì)算

simpleFoam-case<case_directory>

#比較結(jié)果

foamPlot-case<case_directory>-fieldT-time<time_step>在上述代碼中，blockMesh用于生成初始網(wǎng)格，refineMesh用于細(xì)化網(wǎng)格，simpleFoam是OpenFOAM中的求解器，用于進(jìn)行燃燒仿真計(jì)算，foamPlot用于可視化計(jì)算結(jié)果，如溫度場(chǎng)T。數(shù)據(jù)樣例假設(shè)我們有以下三個(gè)不同網(wǎng)格密度下的溫度分布數(shù)據(jù)：網(wǎng)格1（粗網(wǎng)格）:T1=[300,350,400,450,500]網(wǎng)格2（中網(wǎng)格）:T2=[305,355,405,455,505]網(wǎng)格3（細(xì)網(wǎng)格）:T3=[306,356,406,456,506]通過(guò)比較T1、T2和T3，我們可以觀察到從粗網(wǎng)格到細(xì)網(wǎng)格，溫度分布的變化逐漸減小。如果T3與T2之間的變化小于設(shè)定的誤差閾值，我們可以認(rèn)為達(dá)到了網(wǎng)格獨(dú)立性。3.2結(jié)論網(wǎng)格劃分是燃燒仿真中不可或缺的一環(huán)，合理的網(wǎng)格類型選擇和質(zhì)量評(píng)估對(duì)于提高仿真精度至關(guān)重要。通過(guò)網(wǎng)格獨(dú)立性測(cè)試，可以確保計(jì)算結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，從而為鍋爐燃燒等復(fù)雜應(yīng)用提供有效的仿真支持。4鍋爐燃燒仿真網(wǎng)格劃分實(shí)踐4.1選擇合適的網(wǎng)格劃分策略在進(jìn)行鍋爐燃燒仿真時(shí)，選擇正確的網(wǎng)格劃分策略至關(guān)重要。這不僅影響計(jì)算的準(zhǔn)確性，還直接關(guān)系到計(jì)算資源的消耗和計(jì)算時(shí)間的長(zhǎng)短。網(wǎng)格劃分策略應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：幾何復(fù)雜性：鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括燃燒室、煙道、換熱器等，需要細(xì)致的網(wǎng)格來(lái)捕捉這些區(qū)域的細(xì)節(jié)。流動(dòng)特性：燃燒過(guò)程中的流動(dòng)特性，如湍流、射流、旋流等，要求在這些區(qū)域有更密集的網(wǎng)格?；瘜W(xué)反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)區(qū)域，尤其是火焰前沿，需要高分辨率的網(wǎng)格以準(zhǔn)確模擬反應(yīng)過(guò)程。邊界條件：邊界條件的準(zhǔn)確模擬，如入口、出口、壁面等，也要求在這些區(qū)域有適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格密度。4.1.1示例：使用OpenFOAM進(jìn)行網(wǎng)格劃分#使用OpenFOAM的blockMesh工具生成初始網(wǎng)格

blockMesh-case<yourCaseDirectory>

#使用snappyHexMesh工具細(xì)化網(wǎng)格

snappyHexMesh-case<yourCaseDirectory>-overwrite在上述代碼中，blockMesh用于生成基礎(chǔ)網(wǎng)格，而snappyHexMesh則用于根據(jù)幾何形狀細(xì)化網(wǎng)格。<yourCaseDirectory>應(yīng)替換為你的案例目錄路徑。4.2鍋爐內(nèi)部網(wǎng)格細(xì)化技術(shù)鍋爐內(nèi)部的網(wǎng)格細(xì)化是確保燃燒仿真準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。以下是一些常用的網(wǎng)格細(xì)化技術(shù)：局部網(wǎng)格細(xì)化：在燃燒室、火焰前沿等關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行局部網(wǎng)格細(xì)化，以提高這些區(qū)域的計(jì)算精度。自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化：根據(jù)計(jì)算過(guò)程中的物理量變化自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格密度，確保在需要的地方有更高的分辨率。多級(jí)網(wǎng)格：使用多級(jí)網(wǎng)格技術(shù)，從粗網(wǎng)格開(kāi)始計(jì)算，逐漸細(xì)化到細(xì)網(wǎng)格，以減少計(jì)算初期的資源消耗。4.2.1示例：使用OpenFOAM的局部網(wǎng)格細(xì)化在system/blockMeshDict文件中，可以定義局部網(wǎng)格細(xì)化的區(qū)域：//system/blockMeshDict

...

refinementSurfaces

{

combustionChamber

{

level(3);

patches(patchName);

};

};這里，combustionChamber是需要細(xì)化的區(qū)域名稱，level定義了細(xì)化的級(jí)別，patches指定了細(xì)化區(qū)域的邊界。4.3外部流場(chǎng)網(wǎng)格處理外部流場(chǎng)的網(wǎng)格處理同樣重要，它影響著空氣的流入和流出，以及與鍋爐內(nèi)部流場(chǎng)的交互。處理外部流場(chǎng)網(wǎng)格時(shí)，應(yīng)考慮：遠(yuǎn)場(chǎng)邊界：確保外部流場(chǎng)的邊界足夠遠(yuǎn)離鍋爐，以避免對(duì)內(nèi)部流場(chǎng)的不必要影響。網(wǎng)格過(guò)渡：在鍋爐內(nèi)部和外部流場(chǎng)之間，應(yīng)有平滑的網(wǎng)格過(guò)渡，避免計(jì)算中出現(xiàn)不連續(xù)性。周期性邊界：如果外部流場(chǎng)具有周期性特征，可以使用周期性邊界條件來(lái)簡(jiǎn)化網(wǎng)格和計(jì)算。4.3.1示例：使用OpenFOAM處理外部流場(chǎng)網(wǎng)格在system/snappyHexMeshDict文件中，可以定義外部流場(chǎng)的邊界和網(wǎng)格過(guò)渡：//system/snappyHexMeshDict

...

castellatedMeshControls

{

...

refinementSurfaces

{

...

externalFlow

{

level(2);

patches(externalPatch);

};

}

...

};這里，externalFlow定義了外部流場(chǎng)的細(xì)化區(qū)域，level和patches的設(shè)置與內(nèi)部網(wǎng)格細(xì)化類似。4.3.2外部流場(chǎng)與內(nèi)部流場(chǎng)的網(wǎng)格過(guò)渡確保外部流場(chǎng)與內(nèi)部流場(chǎng)之間的網(wǎng)格過(guò)渡平滑，可以使用以下方法：使用refinementLevels：在system/snappyHexMeshDict中，通過(guò)定義不同級(jí)別的細(xì)化區(qū)域，自然形成網(wǎng)格過(guò)渡。手動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格：在某些情況下，可能需要手動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格，確保在接口處沒(méi)有大的網(wǎng)格尺寸突變。//system/snappyHexMeshDict

...

refinementLevels

{

...

interfaceRegion

{

level(1);

patches(interfacePatch);

};

...

};在上述代碼中，interfaceRegion定義了外部流場(chǎng)與內(nèi)部流場(chǎng)接口處的細(xì)化區(qū)域，level和patches的設(shè)置用于控制過(guò)渡區(qū)域的網(wǎng)格密度。通過(guò)以上實(shí)踐，可以有效地進(jìn)行鍋爐燃燒仿真的網(wǎng)格劃分，確保計(jì)算的準(zhǔn)確性和效率。在實(shí)際操作中，可能需要根據(jù)具體案例調(diào)整網(wǎng)格劃分策略和參數(shù)，以達(dá)到最佳的計(jì)算效果。5網(wǎng)格劃分案例分析5.1案例1：層流燃燒網(wǎng)格劃分5.1.1原理與內(nèi)容層流燃燒仿真中，網(wǎng)格劃分的精細(xì)度直接影響到燃燒過(guò)程的準(zhǔn)確模擬。在層流燃燒條件下，火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢，火焰鋒面清晰，因此需要在火焰鋒面附近設(shè)置高密度網(wǎng)格，以捕捉火焰結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。此外，為了減少計(jì)算資源的消耗，遠(yuǎn)離火焰鋒面的區(qū)域可以使用較粗的網(wǎng)格。5.1.2示例假設(shè)我們正在模擬一個(gè)簡(jiǎn)單的層流燃燒過(guò)程，使用OpenFOAM進(jìn)行網(wǎng)格劃分。以下是一個(gè)基本的網(wǎng)格劃分案例，展示了如何在火焰鋒面附近增加網(wǎng)格密度。#創(chuàng)建案例目錄

mkdir-p~/OpenFOAM/stitch/layeredCombustion

cd~/OpenFOAM/stitch/layeredCombustion

#下載案例幾何文件

wget/geometry.stl

#創(chuàng)建blockMesh字典文件

echo"

convertToMeters1;

vertices

(

(000)

(0.100)

(0.10.10)

(00.10)

(000.01)

(0.100.01)

(0.10.10.01)

(00.10.01)

);

blocks

(

hex(01234567)(10101)simpleGrading(111)

);

edges

(

);

boundary

(

inlet

{

typepatch;

faces

(

(0154)

);

}

outlet

{

typepatch;

faces

(

(2376)

);

}

walls

{

typewall;

faces

(

(1265)

(0374)

);

}

internal

{

typeempty;

faces

(

(0321)

(4765)

);

}

);

//網(wǎng)格細(xì)化區(qū)域

refinementSurfaces

(

flameSurface

{

level(3);

patches(internal);

surface

{

typetriangulatedSurface;

nameflameSurface;

fileflameSurface.stl;

}

}

);

refinementLevels

(

(01)

(12)

(23)

);

//網(wǎng)格細(xì)化距離

refinementZones

(

flameZone

{

level(3);

distance(0.005);

}

);

mergePatchPairs

(

);

">constant/polyMesh/blockMeshDict

#運(yùn)行blockMesh

blockMesh在上述示例中，我們定義了一個(gè)簡(jiǎn)單的立方體幾何，并在內(nèi)部定義了一個(gè)名為flameSurface的三角形表面，用于網(wǎng)格細(xì)化。refinementSurfaces和refinementZones用于控制網(wǎng)格細(xì)化的區(qū)域和距離，確?；鹧驿h面附近有足夠細(xì)的網(wǎng)格。5.2案例2：湍流燃燒網(wǎng)格優(yōu)化5.2.1原理與內(nèi)容湍流燃燒仿真中，網(wǎng)格優(yōu)化是關(guān)鍵，因?yàn)橥牧鲌?chǎng)的復(fù)雜性要求網(wǎng)格既能夠捕捉到小尺度的湍流結(jié)構(gòu)，又需要在大尺度上保持計(jì)算效率。通常，網(wǎng)格優(yōu)化包括使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、局部網(wǎng)格細(xì)化以及采用適當(dāng)?shù)耐牧髂Ｐ汀?.2.2示例使用OpenFOAM進(jìn)行湍流燃燒仿真時(shí)，可以采用snappyHexMesh工具進(jìn)行網(wǎng)格優(yōu)化。以下是一個(gè)基本的網(wǎng)格優(yōu)化案例，展示了如何使用snappyHexMesh進(jìn)行網(wǎng)格生成。#創(chuàng)建案例目錄

mkdir-p~/OpenFOAM/stitch/turbulentCombustion

cd~/OpenFOAM/stitch/turbulentCombustion

#下載案例幾何文件

wget/geometry.stl

#創(chuàng)建snappyHexMesh字典文件

echo"

castellatedMeshtrue;

resolveFeatureAngle70;

snaptrue;

addLayerstrue;

geometry

(

flameSurface

{

typetriangulatedSurface;

nameflameSurface;

fileflameSurface.stl;

}

);

castellatedMeshControls

{

refinementSurfaces

{

flameSurface

{

level(3);

patches(internal);

}

};

refinementLevels

(

(01)

(12)

(23)

);

refinementZones

{

flameZone

{

level(3);

distance(0.005);

}

};

};

snapControls

{

nSmoothPatch10;

tolerance1e-3;

nSolveIter10;

nRelaxIter5;

nFeatureSnapIter5;

nSmoothScale10;

};

addLayersControls

{

nRelaxIter5;

nSmoothPatch10;

layers

{

flameLayer

{

surfaceflameSurface;

nLayer5;

expansionRatio1.1;

featureAngle60;

}

};

};

">system/snappyHexMeshDict

#運(yùn)行snappyHexMesh

snappyHexMesh-overwrite在本示例中，我們使用snappyHexMesh工具，它能夠生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，并通過(guò)castellatedMesh和snap選項(xiàng)進(jìn)行網(wǎng)格優(yōu)化。refinementSurfaces和refinementZones用于控制網(wǎng)格細(xì)化，而addLayers則用于在特定表面附近添加額外的網(wǎng)格層，以更好地捕捉湍流邊界層。5.3案例3：多燃料鍋爐燃燒仿真網(wǎng)格設(shè)計(jì)5.3.1原理與內(nèi)容多燃料鍋爐的燃燒仿真需要考慮燃料的分布、燃燒區(qū)域的復(fù)雜幾何以及高溫區(qū)域的網(wǎng)格細(xì)化。網(wǎng)格設(shè)計(jì)應(yīng)確保在燃料噴射口、燃燒區(qū)域以及高溫區(qū)域有足夠的網(wǎng)格密度，同時(shí)在其他區(qū)域使用較粗的網(wǎng)格以提高計(jì)算效率。5.3.2示例在多燃料鍋爐的燃燒仿真中，使用OpenFOAM進(jìn)行網(wǎng)格設(shè)計(jì)時(shí)，可以結(jié)合blockMesh和snappyHexMesh工具，先創(chuàng)建一個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)格，然后根據(jù)燃料噴射口和燃燒區(qū)域進(jìn)行局部?jī)?yōu)化。以下是一個(gè)基本的網(wǎng)格設(shè)計(jì)案例。#創(chuàng)建案例目錄

mkdir-p~/OpenFOAM/stitch/multiFuelBoiler

cd~/OpenFOAM/stitch/multiFuelBoiler

#下載案例幾何文件

wget/boilerGeometry.stl

#創(chuàng)建blockMesh字典文件

echo"

convertToMeters1;

vertices

(

(000)

(100)

(110)

(010)

(000.1)

(100.1)

(110.1)

(010.1)

);

blocks

(

hex(01234567)(10010010)simpleGrading(111)

);

edges

(

);

boundary

(

inlet

{

typepatch;

faces

(

(0154)

);

}

outlet

{

typepatch;

faces

(

(2376)

);

}

walls

{

typewall;

faces

(

(1265)

(0374)

);

}

internal

{

typeempty;

faces

(

(0321)

(4765)

);

}

);

mergePatchPairs

(

);

">constant/polyMesh/blockMeshDict

#運(yùn)行blockMesh

blockMesh

#創(chuàng)建snappyHexMesh字典文件

echo"

castellatedMeshtrue;

resolveFeatureAngle70;

snaptrue;

addLayerstrue;

geometry

(

fuelInjection

{

typetriangulatedSurface;

namefuelInjection;

filefuelInjection.stl;

}

combustionChamber

{

typetriangulatedSurface;

namecombustionChamber;

filecombustionChamber.stl;

}

);

castellatedMeshControls

{

refinementSurfaces

{

fuelInjection

{

level(3);

patches(inlet);

}

combustionChamber

{

level(2);

patches(internal);

}

};

refinementLevels

(

(01)

(12)

(23)

);

refinementZones

{

highTempZone

{

level(3);

distance(0.01);

}

};

};

snapControls

{

nSmoothPatch10;

tolerance1e-3;

nSolveIter10;

nRelaxIter5;

nFeatureSnapIter5;

nSmoothScale10;

};

addLayersControls

{

nRelaxIter5;

nSmoothPatch10;

layers

{

fuelLayer

{

surfacefuelInjection;

nLayer5;

expansionRatio1.1;

featureAngle60;

}

combustionLayer

{

surfacecombustionChamber;

nLayer3;

expansionRatio1.1;

featureAngle60;

}

};

};

">system/snappyHexMeshDict

#運(yùn)行snappyHexMesh

snappyHexMesh-overwrite在本示例中，我們首先使用blockMesh創(chuàng)建了一個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)格，然后通過(guò)snappyHexMesh進(jìn)行網(wǎng)格優(yōu)化。refinementSurfaces用于在燃料噴射口和燃燒區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，refinementZones用于在高溫區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，而addLayers則用于在特定表面附近添加額外的網(wǎng)格層，以更好地捕捉燃料噴射和燃燒過(guò)程的細(xì)節(jié)。通過(guò)這些案例分析，我們可以看到，網(wǎng)格劃分在燃燒仿真中扮演著至關(guān)重要的角色，合理的網(wǎng)格設(shè)計(jì)能夠顯著提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。6后處理與結(jié)果分析6.1仿真結(jié)果可視化在燃燒仿真后處理階段，可視化是理解仿真結(jié)果的關(guān)鍵步驟。通過(guò)將復(fù)雜的數(shù)值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像或動(dòng)畫(huà)，可以直觀地觀察燃燒過(guò)程中的各種物理現(xiàn)象，如溫度分布、流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)區(qū)域等。常用的可視化軟件包括ParaView、Tecplot和Ensight等，它們能夠讀取各種格式的仿真數(shù)