Fluent 大作业——圆筒燃烧器内甲烷燃烧的数值模拟引言:根据公安部消防局的记录数据，因火灾死亡的人数为 1205 人，其中多数人是由于火灾产生的有毒有害高温气体而死,因此研究火灾中有毒有害气体的分布有着重要意义。下面以一种简单的模型，对一种圆筒燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动与燃烧过程进行研究，模拟其中的温度场、有害气体的分布状况。问题描述：长为 2m、直径为 0.45m 的圆筒燃烧器构造如下图所示，燃烧器壁上嵌有三块厚为 0.005m，高 0。05m 的薄板，以利于甲烷与空气的混合。燃烧火焰为湍流扩散火焰.在燃烧器中心有一种直径为 0.01m、长 0.01m、壁厚为 0。002m 的小喷嘴,甲烷以 60m/s 的速度从小喷嘴注入燃烧器。空气从喷嘴周围以 0。5m/s 的速度进入燃烧器。总当量比约为 0.76（甲烷含量超过空气约28％），甲烷气体在燃烧器中高速流动，并与低速流动的空气混合，基于甲烷喷口直径的雷诺数约为 5.7X103。图 1 燃烧器构造使用通用的 finite—rate 化学模型分析甲烷-空气混合与燃烧过程.同步假定燃料完全燃烧并转换为 CO2 和 H2O。反应方程为CH4+2O2 CO2+2H2O反应过程是通过化学计量系数、形成焓和控制化学反应率的对应参数来定义的。计算成果：图 2 采用恒定的 Cp 值（1000J/kg·K）计算的温度分布图 3 采用 mixing-law 计算的温度分布从上面两图可以看出，当 Cp 值恒定为 1000 J/kg·K 时，最高温度超过 2900K。火焰温度的计算成果偏高，可以通过一种更真实的依赖于温度和组分热容模型来修正。比热对温度和组分的依赖性将对火焰温度的计算成果有着明显的影响。Mixing—law 会得到基于所有组分质量分数加权平均的混合比热。在 Fluent 中,尚有一种 Fluent 物性数据库随温度变化的 Cp（T）多项式,可以启动组分比热随温度的变化特性.设置后的计算成果如图 2，可以看出最高温度已经减少到大概 2200K。通过 Fluent,我们得到出口截面质量加权平均温度约为 1506.3K。计算公式如下：出口截面处的面积平均速度约为 2。66m/s。计算公式如下:图 4 甲烷的质量分数分布图 5 二氧化碳质量分数分布图 6 氧气质量分数分布根据上面的各组分质量分数分布，我们可以理解燃烧器内部各个组分的分布状况,为模拟真实火灾场景打下基础。下面就 NOX模型的应用作了比较.图 7 NO 的质量分数等值线(迅速型和热力型 NOX）图 8 NO 的质量分数分布(迅速型）图 9 NO 的质量分数分布(热力型)...
