1、案例背景

燃燒器常用在燃油、燃氣、煤粉燃燒等行業，通過本節仿真操作，可以看到燃燒器內燃料運動速度及溫度的分布，為燃燒器的結構設計提供參考依據。

本案例需要的輸入文件和參數信息如下表：

網格文件	Burner.msh
介質	混合物
湍流模型	Standard k-epsilon
邊界條件	入口速度：60m/s 出口靜壓：101325Pa

圖1 網格模型

2、網格處理

2.1 新建工程

a. 啟動AICFD 2024R1；

圖2 AICFD窗口

a. 選擇 文件> 新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設置工程文件名，點擊“確定”。

圖3 新建工程

2.2 網格導入

a. 單擊菜單欄 網格> 導入網格 ，導入體網格，讀取體網格。（點擊下載模型文件 ）

圖4 網格導入

這個網格模型是燃燒器內腔的一個切片，完整的燃燒器內腔是這樣的，燃料從中間進入，周圍噴出，因為模型中心對稱，所以我們只仿真這個切片就可以知道全局，這是仿真中簡化計算的常規處理方式。

圖5 切片仿真

3、求解設置

3.1 求解模型

a. 雙擊 求解> 求解模型，設置物理模型。時間選穩態。流動選可壓，方法選湍流，其余默認。

圖6 模型設置

b. 材料是指燃燒器腔內燃燒過程涉及的所有物質。本案例是CH4在空氣中燃燒，具體反應是CH4和O2燃燒生成CO和H2O，然后CO和O2燃燒生成CO2。此外，空氣中還有N2。那么以上所述物質的混合物就是本案例的材料。

圖7 材料物質

c. 右擊 求解> 材料，單擊“添加材料”，在材料處右鍵，添加材料，起個名，類型選混合物。然后點擊混合物特性，組分處點擊從數據庫導入，依次找到甲烷、一氧化碳、二氧化碳、水、氮氣、氧氣，按住ctrl可以多選，導入并確定，材料就添加好了。

圖8 材料選擇

3.2 計算域設置

a. 雙擊 求解> 流動分析> 計算域，類型保持流體域，材料選擇剛剛添加的混合物；燃燒類型選擇組分輸運模型，湍流-化學反應相互作用選渦破碎/有限速率。

圖9 分配計算域

d. 進入反應列表設置界面，反應列表處點擊編輯，錄入化學反應方程式，第2項是方程式中的系數，點擊反應產物下的加號可增加反應產物。點擊左側加號可增加一個新的反應。2個方程式錄完后，其余這些速率常數、PEF、配合比等都是和這個反應本身相關的參數，我們輸入相應數據。下面的配合比，兩個反應都是4比0.5。

圖10 分配計算域

3.3 邊界條件設置

a. 雙擊inlet進口，軟件已經自動識別了進口面，然后把氣體進入燃燒器時的速度、溫度以及成分比例輸入，其中速度是60m/s，溫度是650K，比例是甲烷0.034，氮氣0.741，氧氣0.225。

圖11 Inlet定義

b. 出口邊界，軟件識別的面也正確，類型保持默認的靜壓出口，其余都保持默認，確定；

圖12 Outlet定義

b. 雙擊wall，先看一下這個模型，除了進出口，還有3組面，其中第2個和最后1個是切面，只有第1組面才是燃燒器真正的壁面。

圖13 wall查看

c. 設置wall的邊界條件，軟件一般會把無特殊命名的面都自動識別到壁面wall里，所以需要我們把切面反選出來，確定。

圖14 Wall定義

d. 關于切面，一般會定義成對稱面。右鍵插入邊界條件，命名為對稱面，選擇2個切面，類型選對稱面，確定。

圖15 Symmetry定義

3.4 求解參數設置

a. 雙擊 仿真> 求解設置 ，將動量對流格式改為一階迎風，增加穩定性。

圖16 求解方程參數設置

b. 雙擊 求解> 求解控制，將最大迭代步數增加到5000步，將收斂準則和庫朗數減小。

圖17 求解參數設置

4、初始化及求解計算

4.1 初始流場設置

雙擊 仿真> 初始化，設置初始流場。初始化就是燃燒器內的初始狀態，這個是一個客觀事實，直接輸入數據就好。

圖18 初始化設置

4.3 求解計算

選擇菜單欄 求解> 求解> 直接求解> 并行，開始計算。

圖19 運行求解器

圖20 選擇求解模式

5 后處理

5.1 監控曲線

查看殘差曲線。

圖21 殘差曲線

5.2 可視化結果

a. 溫度云圖：創建面，點擊Z法向，模式選變量，然后選溫度，應用。顏色越紅，代表溫度越高，可看到燃燒器內的溫度分布。

圖22 截面溫度云圖

e. 速度云圖：變量切換成速度，可看到內部的速度分布，了解燃燒器內氣體溫度和速度的情況，就可以為燃燒器的結構強度等設計提供寶貴的參考。

圖23 截面速度云圖