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:
![](http://imgsrc.baidu.com/forum/w%3D580/sign=3ff9c59ca74bd11304cdb73a6aaea488/0f99b60a19d8bc3e46592725888ba61ea9d345a0.jpg)
图1、达姆科勒数Da表达式及含义
![](http://imgsrc.baidu.com/forum/w%3D580/sign=012b1c289a529822053339cbe7cb7b3b/d001ddc4b74543a9c52eda2314178a82b901143b.jpg)
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)。
![](http://imgsrc.baidu.com/forum/w%3D580/sign=64b70400a3ec8a13141a57e8c7029157/6c3c74a7d933c895e2d8b894db1373f083020056.jpg)
图3、ANSYS Fluent化学反应模型分类列表
![](http://imgsrc.baidu.com/forum/w%3D580/sign=bc350f935b0fd9f9a0175561152fd42b/9b01b018367adab41d203bac81d4b31c8601e401.jpg)
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)。
![](http://imgsrc.baidu.com/forum/w%3D580/sign=516947b9da160924dc25a213e406359b/3f7802a85edf8db12c875c8b0323dd54574e7448.jpg)
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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
![](http://imgsrc.baidu.com/forum/w%3D580/sign=1d0864544d10b912bfc1f6f6f3fcfcb5/2cdae3628535e5dd370886307cc6a7efcf1b62d5.jpg)
![](http://imgsrc.baidu.com/forum/w%3D580/sign=5d6d2c58e350352ab16125006342fb1a/db819f014c086e067a0b1ca408087bf40bd1cb52.jpg)
图7、NO生成速率云图 图8、耦合CHEMKIN-CFD的燃气轮机仿真
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图1、达姆科勒数Da表达式及含义
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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)。
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图3、ANSYS Fluent化学反应模型分类列表
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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)。
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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
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图7、NO生成速率云图 图8、耦合CHEMKIN-CFD的燃气轮机仿真