液體燃料燃燒仿真的案例
有限速率化學反應模型-液體燃料燃燒模擬 ￥9.9
有限速率化學反應模型-液體燃料燃燒模擬案例 cas dat msh
Chemkin模擬煤粉氨氣混合燃料燃燒特性
煤粉與氨氣混合燃料
減少燃燒產生的溫室氣體排放的有效措施是二氧化碳捕獲和儲存。 該過程涉及將二氧化碳從工業和能源相關來源中分離出來，運輸到儲存地點，與大氣長期隔離。用于煤粉燃料燃燒的所謂氧燃料燃燒技術是促進二氧化碳封存的有前途的方法。在這種方法中，通常使用純度大于 90% 的氧氣和循環煙氣的混合物來燃燒燃料。因此，燃燒過程會產生主要由 CO2 和 H2O 組成的煙道氣，從而可以簡單地在下游去除 CO2。 回收的煙氣代替燃燒空氣中的 N2，用于降低火焰溫度并保持通過鍋爐的氣體量。在煤粉中混合氨氣進行燃燒，是有效降低燃燒溫度，抑制氮氧化物的生成方式。
模型設置
根據PSR模型的設置，搭建入口、反應器、出口的模型布置，如圖一所示。
圖1 模型搭建
根據實際工況條件，設置溫度壓力等參數。值得注意的是氨氣的層流燃燒速度較低，反應器的溫度要設置的高一點，才能達到引燃燃料的條件要求，反應器的體積設置為150立方厘米，保證了不會因為反應體積過大或者過小導致計算發散。
圖2 反應器界面設置
設置反應器入口流量，設置反應物初始溫度，初始溫度越高有助于燃燒反應的發生。
圖3 入口設置
勾選主要氮氧化物的敏感性和反應路徑分析。
圖4 敏感性勾選
主要結果分析
圖5和圖6分別為敏感性分析和NO的后處理結果，圖7為氮氧化物的主要反應路徑。從圖中可以看出，小的活性基團對于氮氧化物的生成起著至關重要的影響。其中H基，OH基等對氮氧化物的生成有抑制作用，而HO2基團有促進作用。氮氧化物的含量隨著當量比單調遞減，這是由于氨氣在稀混合氣的條件下也能良好燃燒。從反應路徑上來看煤粉可以直接生成氮氧化物，氨氣的加入主要是抑制了此條反應路徑的進行。
展開 ：離子液體在燃料電池催化劑應用方向的新進展
因此，在微孔和較小的中孔中填充高離子強度的離子液體(ILs)是為孔內Pt活性位點提供充足質子傳遞的有效途徑。
02
【成果掠影】
離子液體是聚合物電解質燃料電池催化劑層中用于增強氧還原反應的一種很有前景的添加劑。然而，需要對其在實際相關膜電極組裝環境中復雜催化劑層中的作用有基本的了解，以便合理設計高耐用活性的鉑基催化劑。近日，美國加州大學Iryna V. Zenyuk課題組探索了三種高質子導電性和氧溶解度咪唑衍生的離子液體，將它們加入高表面積的炭黑載體中。揭示了離子液體改性催化劑的物理性質和電化學性能之間的相關性，為離子液體在改變催化劑層界面內親水性/疏水性相互作用方面的作用提供了直接證據。通過優化界面設計得到的催化劑在H2/O2，0.9V下質量活性達到了347 A g?1Pt，在1.5 bar H2/air條件下，功率密度為0.909 W cm?2。在0.8 A cm?2條件下，經過30 k加速應力測試循環后，只有0.11 V的電位下降。這種性能歸功于ILs的加入, 使得埋在孔內的鉑的可達，從而大幅提高鉑利用率。
展開 Chemkin模擬HFC-125對碳氫燃料燃燒抑制的影響
1 機理建立
抑制劑的詳細機理包含四個子機理: (1)烷烴/空氣燃燒子機理:(2) 氟碳抑制子機理;(3)氯氟交互作用子機理;(4)碳抑制子機理。對于碳氫火焰燃燒采用AramcoMech的 C1-C4 機理，包含 111 個組分，784 步基元反應。涉及到氟組分在碳氫火焰中的抑制反應采用 NIST HFC 機理，包含 51個組分600步基元反應。關于碳與氯相互作用的反應采用 Leylegian 等人發展的機理包含50個組分,333 步反應。
圖1 部分機理內容
2 模型參數設置
本案例采用自燃模型計算，分別計算了抑制劑在10%、15%、20%的條件下的抑制燃燒情況。往期已介紹過自燃模型，因此此次案例的基本設置不再贅述。需要額外設置的是反應物質中的添加物，分別設置為10%、15%、20%。
圖2添加劑設置
同時為了計算抑制劑對燃燒過程中的影響，對抑制劑的敏感性和反應路徑進行勾選，分別計算。
圖3敏感性設置
3 結果分析
根據計算結果可以計算出不同氛圍條件下抑制劑對溫度和壓力的影響，如圖4所示。隨著抑制劑濃度的增加，反應結束后反應器的溫度和壓力呈現明顯下降趨勢。從溫度梯度和壓力梯度來看，抑制劑對燃燒點火延遲也有著明顯影響，尤其是抑制劑濃度達到20%，點火延遲明顯增大
圖4不同抑制劑含量對燃燒溫度和壓力的影響
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展開 
工程熱物理所在化石燃料燃燒與綠色利用研究中獲進展
化石能源的燃燒是現階段社會高速發展的重要基礎，攸關國計民生和國家戰略競爭力。燃燒和氧化反應動力學直接關系到化石燃料的燃燒和點火特性。點火特性是表征燃料燃燒特性的重要基礎數據，同時也是驗證燃燒反應動力學模型及其模型簡化的關鍵依據。另一方面，燃料的不完全燃燒會產生揮發性有機化合物（VOC），包括未反應的燃料和部分氧化產物，而VOC是大氣灰霾的重要來源之一，對自然環境和人類健康危害極大，迫切需要進行非均相催化脫除。因此，開展化石燃料在寬壓力范圍內的均相和非均相低溫氧化動力學研究，對于理解其點火特性及污染物生成和脫除機理具有重大的戰略意義。
近年來，中國科學院工程熱物理研究所循環流化床實驗室開展了燃燒原位診斷、動力學模擬和催化燃燒等方面的研究工作。原位診斷方面，發展了用于研究航空模型燃料低溫氧化的射流攪拌反應器（Jet-stirred reactor，JSR）系統，通過與色譜和分子束質譜等設備結合，系統研究了烷基苯燃料的氧化動力學，并分析了燃料結構對中間產物和反應動力學的影響規律；設計了用于研究氣體和液體燃料燃燒動力學的攜帶流反應器，結合分子束取樣系統，確定了不同燃料在燃燒過程中產生的中間體結構和兩維空間分布信息，為構建動力學模型提供了可靠數據；設計了新的研究催化反應的集成裝置，該設備包括一個催化射流攪拌反應器（CatalyticJSR，在常規JSR中引入催化劑）和原位漫反射裝置，通過增加氣相分子與催化劑表面的接觸時間來原位測量催化反應中的氣相和表面中間產物，明晰了多相反應動力學過程，為國際上首個開展相關研究的實驗室。
展開 用不同種類燃氣加熱焦爐 燃料燃燒CO2排放量測算
洪葉發 方錦浩
焦爐是焦化企業的主體熱工設備，是焦化生產最主要的燃料燃燒碳排放源。因此，測算分析選用不同種類燃氣加熱焦爐，其燃料燃燒CO2排放量情況，在“碳減排”背景下，具有一定的意義。
現以一組兩座6米頂裝焦爐，年產焦炭能力120萬噸（干全焦）示例測算，用不同種類燃氣加熱焦爐，其燃料燃燒CO2排放量情況。
注：假定本測算的核算邊界包含高爐煤氣燃料燃燒CO2排放。
1、基礎工藝參數
（1）噸干焦耗濕煤（含7%水分）量1.423噸
（2）煉焦標準耗熱量（即含7%水濕煤耗熱量，來源于煉焦行業團標）
A、用焦爐煤氣加熱時 2310kj/kg（或2.31GJ/t）
B、用高爐煤氣摻混一定比例焦爐煤氣的混合煤氣加熱2600kj/kg（或2.60GJ/t）
（3）焦爐煤氣特性參數缺省值（來源于相關核算報告指南）
A、低位發熱量 167.460GJ/萬Nm3
B、單位熱值含碳量 13.60×10-3 噸/GJ
2、燃料燃燒CO2排放量測算
（1）煉焦耗濕煤量 120×1.423＝170.76萬t/a
（2）用焦爐煤氣加熱時，燃料燃燒CO2排放量
依據相關核算報告指南計算公式：
2.31×1707600÷167.60×2.277456×0.99×44÷12＝19.46tCO2/a
折算成焦爐加熱燃料燃燒碳排放系數 0.162tCO2/t焦
（3）用混合煤氣加熱時
焦爐用混合煤氣加熱工藝操作，主要是控制焦爐煤氣混入量，混入量占總量的百分數亦稱混合比。混合比有體積混合比和熱量混合比。
展開 CFDPro發動機燃燒仿真 | 實現航空航天發動機內部燃燒過程仿真
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</div><p><br></p><p><strong>功能特點</strong></p><ul><li class="ql-align-justify"><strong>燃燒模型:</strong>提供包括反應動力學、氣相湍流燃燒模型、EDC/EDM模型在內的多種燃燒模型,兼具仿真精度與工程適用性:燃燒模型預留接口，便于新模型的植入。</li><li class="ql-align-justify"><strong>液膜模塊:</strong>具備壁面液膜流動換熱模塊,可分析燃料射流對燃燒室高溫壁面的冷卻效果。</li></ul><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong>典型應用領域</strong></p><ul><li><strong>湍流燃燒全過程仿真:</strong>CFDPro實現冷態、流動、點火、燃燒全過程的仿真分析;提供Cantera數據接口以復雜化學動力學計算。同時，可提供定制化解決方案，如低馬赫數大渦模擬、超大渦模擬等。
展開 積鼎CFD發動機燃燒仿真，實現航空航天發動機內部燃燒過程的流體仿真
其中，CombustionPro為專業的發動機燃燒模擬模塊,可用于航空發動機、液體及固體發動機內部過程全流程模擬，可分析噴注器內流動、霧化特性、燃燒室燃燒、液膜冷卻與固體燃料燃面退移等問題，幫助客戶理解整個發動機內部過程。CombustionPro是基于實際發動機設計邏輯而集成，降低了工程師使用門檔,提升了仿真效率。
功能特點
燃燒模型:提供包括反應動力學、氣相湍流燃燒模型、EDC/EDM模型在內的多種燃燒模型,兼具仿真精度與工程適用性:燃燒模型預留接口，便于新模型的植入。液膜模塊:具備壁面液膜流動換熱模塊,可分析燃料射流對燃燒室高溫壁面的冷卻效果。
典型應用領域
湍流燃燒全過程仿真:CFDPro實現冷態、流動、點火、燃燒全過程的仿真分析;提供Cantera數據接口以復雜化學動力學計算。同時，可提供定制化解決方案，如低馬赫數大渦模擬、超大渦模擬等。
霧化與蒸發：CFDPro采用Level Set界面追蹤方法，具有連續、可導特性，適合處理界面劇烈變形、破碎、聚并等問題；Level Set方法不做界面重構，界面真實性高且計算量少。
上海積鼎信息科技有限公司（簡稱：積鼎科技）成立于2008年，是專注于自主知識產權的CFD軟件研發及技術服務的國家級高新技術企業，致力于打造好用、易用的國產流體仿真軟件。
展開 【AICFD案例教程】錐形燃燒器燃燒仿真
AICFD是由天洑軟件自主研發的通用智能熱流體仿真軟件，用于高效解決能源動力、船舶海洋、電子設備和車輛運載等領域復雜的流動和傳熱問題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結果處理完整仿真分析流程，幫助工業企業建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程，提高企業研發效率。
一、概 要
1）案例描述
本案例仿真對象為某錐形燃燒器，在入口速度為60m/s時進行了燃燒的數值模擬。
2）網格
整體網格為非結構網格，網格數量3576。
圖1-1 網格模型
3）計算條件
入口速度：60 m/s；出口靜壓：101325Pa；湍流模型：Standard k-epsilon；介質：混合物。
二、網 格
1）新建工程
① 啟動AICFD 2023R2；
② 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2-1 AICFD窗口
圖2-2 新建工程
2）網格導入
單擊菜單欄 網格>導入網格，導入外部生成的計算域網格。
圖2-3 網格導入
3）網格質量檢查
單擊菜單欄 網格>網格質量，檢查網格質量。
圖2-4 網格質量檢查
三、求解設置
1）求解模型
雙擊 求解> 求解模型，設置物理模型。
展開 刮板清除底部液體積料的數值仿真 ￥1000
<p>本案例建立了刮板清除封閉環境底部液體積料的數值模型。刮板采用2D平面應變單元描述，底部液體積料為一非牛頓流體，采用兩相流技術描述了液體積料在空氣域中的界面流動情況，采用流-固耦合結合動網格技術，描述了刮板運動過程中的底部變形以及環境內空氣以及液體積料流場的變化情況。基于COMSOL多物理場耦合軟件對上述過程進行了建模及仿真，仿真結果如下圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202201/8c0cf6a8e0a442dd9b2988f13fcd0df6.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p> <strong>刮板運動過程中底部液體積料的堆積過程</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202201/54982b39c87a46f19cc7c19f3cc248c1.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>刮板運動過程中速度場的變化</strong></p><p>感興趣的朋友，如想詳細了解仿真過程，可下載模型源文件進行查看，歡迎進行交流！</p><p><br></p>
展開 燃料噴射系統仿真
模擬燃料噴射系統，分析噴射系統內的壓力波動及噴油器內部的運動狀況。計算可以獲得壓力、流量和噴油器的針閥運動等。同時，可以根據壓力的時域變化結果進行頻域分析。
液體火箭發動機噴管仿真模型
“液體火箭發動機噴管仿真模型研究”一文以典型的液體火箭發動機（3kN空間發動機，120噸級液氧煤油發動機，260噸級液氧煤油發動機）噴管為例，深入討論氣體模型、化學反應模型等因素對仿真結果的影響，并進一步厘清影響噴管性能的物理因素。
02
創新點
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文章詳細對比了采用不同氣體模型所計算的流場參數分布和性能，指出在實際的非平衡氣體流動中，化學組分的變化起耗散作用。比較了燃燒室壓強對性能的影響，指出了提高室壓可以增強性能的化學動力學內因。針對液氧煤油發動機，探討了噴管型面對性能的影響。
03
總結與展望
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采用量熱完全氣體假設所計算的比沖高于用熱完全氣體假設的計算值；這兩種氣體模型給出的計算結果偏差較大，可能高于、也可能低于試車結果，沒有規律性；化學動力學計算結果比較準確，接近試車測試值。提高室壓不僅能提高燃燒效率，也能促進聚合反應、減小流動過程中的化學動力學損失，使噴管性能提高。對于液氧煤油發動機，Rao方法設計的噴管型面偏“瘦”，進行附面層修正可略提高性能，或在同樣性能要求下略減小噴管長度。
展開 燃料電池CAE仿真的一點見解
燃料電池CAE仿真的一點見解
清潔能源 | 如何利用仿真技術應對氫燃料挑戰
本文原刊登于Ansys.com：《How Simulation Addresses Hydrogen Fuel Challenges》
作者：Kyutae Kim | 大田韓國科學技術院航空航天工程副教授
Kiyoung Jung | Ansys主任應用工程師
編輯整理：姚翔 | Ansys高級應用工程師
位于大田的韓國科學技術院（KAIST）正在與Ansys合作，利用大渦模擬仿真預測氫甲烷混合火焰的火焰結構。
氫已成為了碳中和燃料的首選，這是因為其燃燒時沒有碳排放，對凈零倡議極具吸引力。與典型碳氫化合物相比，氫燃料具有更高的火焰速度（高8倍）、更低的點火能量要求（低15倍）以及更大的可燃性限值（4%-70%）。氫的這些特征，為設計基于氫燃料及氫混合燃料的能源轉換系統提供了機遇，但同時也帶來了挑戰。
比如，氫的特征有助于提高效率和燃燒穩定性。然而，氫更高的火焰速度和更大的可燃性限值為回火及其它安全相關問題帶來了關鍵挑戰；氫火焰更高的火焰溫度，則為氮氧化物和金屬保護帶來了挑戰。由于氫的路易斯數（熱擴散率與質量擴散率之比）較低，導致其存在顯著的差異擴散效應，而這是引起燃燒不穩定性的主要因素。差異擴散效應將導致局部等效比變化，從而導致沿火焰前緣的反應速率發生變化。因此，大規模采用氫作為更清潔的燃料的進程，取決于解決與回火、氮氧化物排放和燃燒不穩定有關問題的速度。
一些研究小組正在研究如何利用實驗室測試和仿真來緩解這些挑戰。大田韓國科學技術院和Ansys正在制定計算流體力學（CFD）方法和最佳實踐，以利用大渦模擬仿真（LES）預測氫甲烷混合火焰的火焰結構。
韓國科學技術院燃燒動力學與診斷實驗室開展的研究
KAIST CDDL正在研究重型燃氣輪機燃燒室、飛行器發動機加力燃燒室及雙推進劑液體火箭發動機的低頻及高頻燃燒不穩定性。
展開 FLOW-3D在船體燃料的仿真
FLOW-3D在船體燃料的仿真
