【燃烧案例】08：煤燃烧

本教程利用Fluent中的finite-rate/eddy-dissipation模型模拟煤燃烧或煤气化过程中的多焦反应。教程的目的是提供指南和建议的设置和解决多焦反应煤燃烧或气化利用有限速率/涡耗散模型。

本教程演示以下内容：

使用离散相模型的建立和求解多焦煤的燃烧反应。

激活和燃烧过程中发生的反应，建立有限速率/涡耗散模型。

包括辐射模型，研究反应温度的影响

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问题描述

本案例考虑的煤燃烧系统为一个简单的10m x 1m的二维模型，如图所示。考虑模型对称性，计算过程中仅计算半模型。

2D模型的入口被分割成两部分，接近中心的入口跨度0.125m，介质以50m/s速度流入计算域。另一个入口区域跨度0.375m，介质以15m/s速度进入燃烧器。两个入口中国空气温度均为1500K。煤颗粒从高速气流的中心进入燃烧炉，其质量流量为0.1 kg/s（炉膛总流量为0.2 kg/s），炉膛壁面具有恒定温度1200K。根据入口尺寸和平均入口速度计算雷诺数大约是100000，流动为湍流。

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Fluent设置

2.1 读取网格

File Read Mesh...读入网格

2.2 General设置

保持默认设置。

2.3 Models设置

激活Energy模型及Realizable k-epsilon湍流模型。

2.4 Species模型设置

选择模型Species Transport

激活反应Volumetirc及Particle Surface

选择Mixture Materials为coal-mv-volatiles-air

选择Finite-Rate/Eddy-Dissipation

2.5 Materials设置

从材料数据库中添加材料carbon-monoxide (co)、carbon-solid(c(s))及hydrogen(h2)

Fluent中有两种solid材料：一种用于壁面热传导及仅用于求解能量方程的固体；另一种为fluid-solid，如本案例中的固体材料，该材料以颗粒形式存在。

确保材料co2, co,c(s), h2, n2, o2, 及 h2o 的Cp为piecewise-polynomial，保持默认值

设置coal mv volatiles的Cp为常数

修改coal-mv-volatiles-air的mixture Species，如图所示，添加h2及co，确保n2位于列表末尾

修改coal-mv-volatiles-air的Reaction，本案例涉及到6个化学反应

按下图所示参数定义这6个反应。

定义完毕后如图所示。

修改修改coal-mv-volatiles-air的Mechanism

2.6 Discrete Phase模型设置

利用DPM模型喷射煤粉颗粒。

启动DPM模型，如下图所示

创建Injections...

其他参数如下图所示。

设置Turbulent Dispersion标签页

修改颗粒材料coal-mv的物性参数

其他参数如图所示。

2.7 Boundary Conditions设置

1、velocity-inlet-2边界设置

2、velocity-inlet-8参数设置

3、wall-7边界设置

设置壁面温度为1200 K

4、pressure-outlet-6参数设置

2.8 初始化并计算

利用velocity-inlet-2进行初始化

设置计算500步开始计算

保存case及data文件

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计算后处理

查看温度

h2o组分分布

dpm信息查看

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激活辐射计算

开启P1辐射模型，采用默认参数

设置coal-mv-volatiles-air材料的Absorption Coefficient的参数为wsggm-domain-based

计算100步

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