基于FLUENT软件的惰性多孔介质中预混燃烧模拟

摘要

惰性多孔介质中的燃烧过程涉及到许多的物理化学过程,各个过程又相互作用、相互耦合,使得对多孔介质中的燃烧过程精确求解非常困难.本文通过对多孔介质中燃烧过程进行必要简化,采用了多孔介质气固间局部热平衡假定,建立了二维的湍流燃烧模型.利用计算流体力学商业软件FLUENT进行了数值模拟,得到了多孔介质中甲烷-空气预混燃烧的特性.本文针对FLUENT6.1的多孔介质模型通过用户自定义程序作了两点修正.首先,对FLUENT软件的多孔介质中湍流处理进行了改进,考虑了多孔介质对湍流的影响作用,多孔介质中的计算流场更加合理,流速均匀且消除了近壁面出现高速区而中心低速的不合理速度场.其次,对FLUENT中多孔介质的辐射进行了改进处理,考虑了多孔介质固体骨架的辐射换热,把多孔介质固体的辐射特性加入到混合气体中综合考虑.计算结果显示多孔介质中温度分布均匀,壁面温度和中心温度相差很小,比FLUENT软件不考虑多孔介质的辐射结果更加合理.通过计算甲烷-空气的两步反应,得到了多孔介质中速度场、温度场和浓度场的分布理论预示结果,并与试验结果进行了比较,发现二者趋势一致.本文结果表明,利用FLUENT软件求解多孔介质中燃烧问题是有效的。