Combustion Simülasyonunun Modern Mühendislikteki Etkili Rolü

Kombinasyon süreçleri, sayısız enerji sistemlerinin kalbinde, gaz türbinlerinden ve iç yanma motorlarından endüstriyel fırınlara ve güç santrali kombilere doğru tahmin eder, kirletici formasyonlar, ısı salıverme ve verimlilik kayıpları, daha verimli sistemlere tepki vermek için mühendisler için gereklidir. C ⁇ sıvı dinamikleri (CFD) bu amaçla vazgeçilmez bir araç haline gelir ve buna göre:0)Ansys Fluent[FLT”)

Bir Katı Vakfı inşa edin: Pre-Processing

Geometri ve Mekiyetler

Herhangi bir CFD çalışmasında ilk adım doğru bir hesaplama alanı yaratıyor. Yanan uygulamalar için, hatta küçük geometrik detaylar vendash; örneğin alev sahipleri, enjekte edilen nozullar veya soğutma pasajları vedash; sık sık sık aydınlatma akış modelleri ve alev stabilitesi için yüksek çözünürlükte akışlar elde ederek, gereksiz özellikler çıkarmak ve bir iç içe dönük sert ısıtmak için sabit olmayan bölümlere odaklanmak gerekir.

Son derece ince hücrelerden kaçının (p> 0,3'ün altında) ve yüksek yön oranları ilgi alanları için. [Ücretsiz) <0)orthogonal kalite[Dönetici 1), Fluent'deki ölçümler genellikle kabul edilebilirdir; ancak yanmadan önce, 0.2 veya daha yüksek basınç bölgeleri hedeflemeli.

Sınırlama Koşulları ve Başlangıç

Gerçekçi sınır koşulları güvenilir bir simülasyonun yaşam alanıdır. Inlets, total sıcaklık, hız veya kütle akışı oranı belirteç ve rebulence yoğunluğu (tipik olarak 5–% 76 yanma hava için dikkat edin: basitleştirilmiş bir yakıt kullanıyorsanız (örneğin, metan), uygun bir ısı ile ısı geçişi için yakıtı ayarlayın, %23 O2'yi kütleli (veya% 76) ve 76,7 N2. Sistem reciraj bölgeleri içerir.

İlkleme bir yanma simülasyonunu yapabilir veya kırabilirsiniz. Yoksul bir başlangıç tahmini genellikle ters yönde hareket eder, özellikle sert kimya ile.UseFLT:0)hybrid ilkleşme[Dönetici 1), akış alanı tahmin etmek için, sonra alevin demiryollarını ve yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Doğru Turbulence Modelini Seçin

Turbulence ve yanma sıkı bir şekilde çiftleştirilmiştir; yakıt ve oksiter, alev tonkling ve ısı salıverme, çalkantılı eddieslere bağlı olarak. Ansys Fluent bir dizi RANS tabanlı türbülans modellerini sunar. Aşağıda yanma uygulamaları için en yaygın seçenekler arasında seçim yapmak için pratik bir kılavuzdur.

RNG k- ⁇ ve Realizable k- ⁇

Her ikisi de endüstriyel işhorları.TheurFLT:0)RNG k- ⁇ [Döntgenler) modeli normal streslere karşı daha iyi bir terim içerir ve yanı sıra, yüksek çözünürlükte yaygın olan ve orta derece karıştırılmış alevler için kullanılır.

K- ⁇ SST (Shear Stres Ulaşım)

K- ⁇ SST modeli, k- ⁇ modeli ile birlikte, boş bir vücut ile ilgili olarak, ve k- ⁇ SST, eklenmiş ve bölünmüş bölgelerin ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı olarak, bluff-uzeylar gibi, bu da çok daha iyi bir şekilde, ki bu da çok önemli bir duvar ısı geçişi veya alev duvarı etkileşiminin önemli olduğu zaman.

Reynolds Stres Modeli (RSM)

RSM her Reynolds stres bileşeni için ulaşım denklemlerini çözer, en fiziksel olarak tam RANS modeli yapar. En endüstriyel yanma sorunları için hesaplamalı olarak pahalı (5– 10 kat daha yavaş veri, iki eşitleme modellerinden daha yavaştır (swirl numarası > 0.7), güçlü anisotropik bir türbülansiyon veya karmaşık bir yanma problemi ile akışlar, RSM nadiren doğrulanır.

[FONT:0)Tip:[Dönetici:[Dönetici:0)[[Dönetici:0)|kullanıcı/k) profili, ağarsa, ağarzlık yapılarını çözme modeliniz için çok fazla coarse.

Combustion Chemistry: Balancing Details and C ⁇ Cost

Kimyasal kinetics alev hızını, ateşleme gecikmesini, kirletici formasyonunu (NOx, CO, soot) ve yok edici sınırları yönetir. Ansys Fluent, her biri ticaret-offs ile yanma kimyasını modellemeye birkaç yaklaşım sunar.

Eddy Dissipation Concept (EDC)

EDC, reaksiyonun karıştırılması için son derece açık bir kimya modelidir (örneğin, melezya için GRI 3.0) laminar alevlet varsayımlarına ihtiyaç duymadan, 50 türü ile mekanizmalar için doğrulanabilir.

Laminar Flamelet Model

Yanmış alevler için, akrepler:0) yerine, spert s.(C.C.)[D)) s.Bu yaklaşım, EDC'den daha kısa ve kısmi yok edici bir ısıtımı işlevi olarak, 1D alevi çözücüsü kullanılarak yapılır.

Kısmen Kompozisyon

Birçok gerçek yanlı, kısmen ön karışım modunda çalışır, yakıt ve hava karışımı sadece kısmen yanmadan önce.Böyle durumlarda, Fluent, gaz türbini kombinde olduğu gibi, doğrudan bir akışla birlikte bir taşıma denklemini çözer (düşün yerini tanımlamak) Bu model, yakıt zengin bir çekirdek ve dışsal bir difüzyon alevi ile elde edilen bir enerji kaynağı ile dolu bir akışla birlikte çalışır.

Simülasyonu Koşup: Solver Ayarları ve Convergence

Basınç-Velocity Coupling

Sürekli devlet yanma simülasyonları için, [[0)Köpürtçe[Dönetici] [Döneticileri ile sabitlenmiş akışlar için daha hızlı bir şekilde yakınlaşma sağlar (büyük ısı serbest bırakma faktörleri ile tepki verme gibi) düşük değerlere kıyasla (0.3–0.5) başlangıçta basit geometriler için çözüm olarak çözümlenmesini engelleyebilir.

Disiplinleme Schemes

Enerji, enerji için ikinci sırayı kullanın, tür taşıma denklemleri için, MUSCL veya ikinci sipariş için sayısal difüzyonu en aza indirmek için. Numerical diffüzyon yapay olarak ısıyınır ve gecikmeli ateşlemeden kaçının.Bir yakınlık için ilk birkaç adımdan başka bir şekilde ilk sipariş edilen MUSCL veya ikinci siparişler olmadan.

Convergence İzleme

Sadece ölçeklenmiş kalıntılara güvenmeyin (örneğin, süreklilik için 1e-5) Komustion simülasyonlar genellikle alev dinamikleri nedeniyle osilasyonsal kalıntılar sergilemektedir. Bunun yerine, integral miktarlar: çıkış sıcaklığı, kütle akışı dengesizlikleri ve toplam ısı serbest bırakılması.Bu işlemler yüzlerce sabit olduğunda, çözüm muhtemelen 1 ila 5 kez bir araya gelir.

Post-Processing and Validation: From Data to Insight

Anlamlı Metrikler

Post-processing oldukça kondüktif arsaların ötesine geçer. Create isosurfaces of temperature (e.g., 1500 K) alev formunu otomatikleştirmek için.Man radial profilleri (O2) ve birkaç eksenel yerde ve deneysel verilerle karşılaştırır, eğer mevcut değilse, simülasyonu kullanın.[değiştir | kaynağı değiştir][Dönemli olmayanlar için, sıfırlayıcılar otomatik olarak kullanılabilir.

Görselleştirme Araçlarının Kullanımı

Tecplot veya ParaView yayın kalitesi görüntüler üretebilir.Yer düzlemi ile aşırı sıcaklık konsüsü, alevi yakalamak için eklenme bölgelerinin nasıl sabitlendiğini göstermek için uçabilir.Seksplot veya ParaView her zaman simetriyi kontrol edebilir: Eğer bu akış değişkenleri sadece yarısına kadar yükseltilirseniz, merkezi uçaktaki eğimli değişkenleri gösterir; asimmetri, yüksek çözünürlükte geçici sorunlar veya basınçsal sorunları işaret edebilir.

Deneysel Verilere Karşı Geçerlilik

Hiçbir simülasyon geçerli değildir.Profesyonel ölçümler literatürden (örneğin, akrepT:0)Sandia Flame serisi) veya ESFLT:2) Üniversitemiz OH ve CH yanmış verileri[DDDDDüzücükler tarafından ölçülse) geometrinize karşı geçerlilik süresiz veya fizik seçeneklerinize karşı geçerlilik sağlayın.

Hassasiyet ve Verimlilik için Gelişmiş İpuçları

  • [FONT:0) Adaptif bir ağ rafinerisi (AMR)[Dönemli ısı veya reaksiyon oranına dayanan ölçüm kriterleri ayarlandığında, AMR, 30&ndash tarafından hücre sayısını azaltabilir; %50’si alevlerde karar verirken.
  • [FONT=0)Yüksek sıcaklık yanmasında (N 1000 °C) P-1 modeli veya ayrık koordinatlar (DO) modeli ağırlıklı-gazlar (WSGGM) uygun. Radyasyon, 100&ndash tarafından alev sıcaklığı değiştirebilir;200 K ve önemli ölçüde NOx formunu etkileyebilir.
  • [FONT=0) Kontrol ağ yakınlığı [[Dönetici:0) En az üç ağ kullanarak (ortalama, orta, iyi) makülist Convergence Index (GCI), üst sıcaklık gibi önemli değişkenler için hesaplayın.
  • [FONT:0) Düşük sayılı alevler için (Mach < 0.3) Yüksek hızlı akışlar (örneğin, scramjetler) için, sıkıştırılabilir formülasyona geçiş.
  • [FONT=0)Include soot modelleme[Dönetici: 0,8] Eğer alev yakıt zengin ise (equivalence oranı vegt; 1.2). Moss-Brookes modeli veya iki adımlı model oxidation ile bu kadarot hacimsel kesebilir.
  • [FONT:0)Reduce kimyasal mekanizmaları[Dönetici:2)) Belirli yakıt ve koşullarınız için yedek tür ve tepkileri ortadan kaldırmak için yönlendirilen bir analiz ile başlayın.
  • [FONT:0] Parallelize verimli bir şekilde [Dönekli yanma için LES, Fluent'in MPI tabanlı paralel çözücü ölçekleri yüzlerce çekirdek kadar iyi ölçekler.For Constant RANS, 8–16 çekirdeği genellikle yeterlidir; CPU'yu sürekli olarak kullanarak paralel verimlilik.
  • [FONT:0) Hızlı parametrik çalışmalar için sürekli alevleme modelini kullanın[Dönetici:0) Birçok işletim noktası (kıya akış oranı, hava ön ısı sıcaklığı) tam bir EDC simülasyonu için yapmadan önce.

Ortak Pitfalls ve Them'dan Nasıl Kaçırmak

Flame Blow-off Numerical Issues

Yaygın bir problem, gerçek alevin bıçakladığı koşullarda alev tükenmesini öngörür.Bu genellikle çok koarse bir ağdan doğar, alevin to be &ldquo olmasını sağlar;blown out” by numerical diffüzyon.for ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) sizin türbülans modeliniz için uygun olduğunu fark eder; güçlü alevler için ayarlanır.

Unstable Residual Oscillations

Komustion simülasyonları genellikle mevcut olanlarda limitli salınımlar sergileyebilir.Eğer bu osilasyonlar uygun değilse, geçici olmayan RANS (örneğin, 1e-3 civarında dalgalanmalar), fiziksel bir instajı (örneğin, termoakoustic darbe) yansıtabilir.

NOx'un Önlenmesi

Termal NOx sıcaklık için son derece hassastır; 50 K aşırılık, karşılaştırılabilir koşullarda deneysel verilerle ilgili olarak iki katına çıkabilir: 1) Radyasyonun zirvesi ısıyı arttırır; (2) NOx reburn için hesap açmaması gereken çok basit bir kimyasal mekanizmayı kullanarak; zayıf ağ, negatif alanı çözerek hiçbir şekilde deneysel verileri doğrulayabilir.

Sonuç: Geçerlilik Yoluyla Sürekli İyileştirme

Ansys Fluent'te yanma simülasyonu hem teorik anlayış ve pratik deneyimi gerektiren bir yolculuktur.Dönetici ve kimya modeli seçimi yoktur ve titiz bir şekilde bir araya gelmenize olanak sağlar.En iyi tasarım kararları için en iyi şekilde güvenilir olan bir programdır.The key is to to a travel.The key is to offer the key is to the key is to the correct.