反应流和燃烧

在运输、能源生产和材料加工等众多行业中,若要开发具有竞争力的产品,了解并预测反应流和燃烧化学的影响便十分重要。了解基础燃烧化学或物理学知识,可以帮助燃气涡轮机、锅炉和内燃机引擎的设计师提高能源效率和燃料灵活性,并减少排放。同样,反应流是设计高产高质的高通量材料和化学工艺以及减少副产物和废物的关键。不仅如此,对于改进锂离子电池、燃料电池和其他各种产品性能来说,透彻理解基础核心的化学或物理活动也至关重要。

优化这些反应流和燃烧分析产品的设计以取得竞争优势是很困难的,因为它们通常由具有复杂几何形状、边界条件和物理特性的系统组成,包括由化学反应物质、湍流和辐射组成的大型网络。由于如今的设计周期紧迫,通常不允许进行多次设计和测试迭代,仅依靠物理测试进行性能验证是行不通的。此外,物理测试提供的诊断信息通常受限于无法将传感器定位在了解过程的关键区域。

新增功能:有效的力矩方法 (MoM) 烟尘模型

力矩方法 (MoM) 烟尘模型为燃气轮机燃烧仿真中的烟尘形成提供了可靠的趋势预测。它已在许多规范测试案例中得到验证,并且与实验数据吻合较好。选择适当的前驱体是烟尘模型的关键部分;我们的验证研究提供前驱体建议。该模型的鲁棒性和准确性也已在工业燃气轮机燃烧器上得到验证。与 Ansys Fluent 的 FGM 燃烧模型相结合时,MoM 烟尘模型为仿真燃气轮机燃烧和排放提供了最先进的框架。

Fluent 的 MoM 烟尘模型

使用 Ansys Fluent 的 MoM 烟尘模型对一组规范火焰的烟尘峰值体积分数进行预测

随着了解的深入,用户可以借助 Ansys 计算流体动力学 (CFD) 转向更复杂的 3D 模型。Ansys 模型燃料库提供精确反应机制,该数据库包含超过 65 个燃料成分的准确、详细的化学机制,代表了燃烧分析中重要的每一类反应。Ansys 仿真工具可以将化学分析时间减少几个数量级,从而在本质上消除仿真过程中化学合成产生的瓶颈。更短的求解时间意味着可以将更多精力用于探索设计替代方案、进行实验、了解出现问题的环节和原因以及解释观察结果,而这些都无需以降低精确度为代价。

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大多数反应流是湍流

Ansys Fluent CFD 仿真了导引湍流喷射火焰(Sandia Flame D benchmark),结合温度和 OH 质量分数图,显示了瞬时化学计量混合比等值面。

在大多数实际反应系统中遇到的流动都是湍流。实际上,高能燃烧流和反应流会通过各种机制(包括流动加速和运动粘度修正)产生湍流。然后,湍流可以通过加强混合和化学反应(通过温度波动)来改变火焰结构。并由此形成因果循环。了解这些复杂的相互作用对于获得准确的结果至关重要。湍流确实是您必须搞清楚的一个 CFD 应用。

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