基于ANSYS下的燃?xì)馊紵抡?/h1>
2019-07-09 19:28:40周大林羅光雯
科技風(fēng) 2019年18期 關(guān)鍵詞：仿真
周大林 羅光雯
摘 要：本文利用ANSYS軟件，對燃?xì)馊紵M(jìn)行仿真，模擬出了燃?xì)馊紵^程的迭代數(shù)據(jù)圖、溫度分布圖、反應(yīng)物與生成物分布圖等參數(shù)，直觀地展現(xiàn)了燃?xì)馊紵奶卣骷跋鄳?yīng)參數(shù)變化。這種基于ANSYS下的燃?xì)馊紵抡娌恍枰罅康脑O(shè)備和燃?xì)?，做研究時(shí)既保證了安全試驗(yàn)，又有利于環(huán)境保護(hù)，還提高了研究的精確度。
關(guān)鍵詞：ANSYS;燃?xì)馊紵?仿真
燃?xì)獾娜紵腔瘜W(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生大量的熱。傳統(tǒng)的燃料中含有硫和其他有害成分，在燃燒時(shí)會(huì)與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)釋放有害氣體，并且可能產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)排放在環(huán)境中。而尋求清潔的替代燃料是解決溫室效應(yīng)和環(huán)境污染的一種較為有效的解決辦法，現(xiàn)在的城鎮(zhèn)燃?xì)庵饕煞譃榧淄?，[1]燃燒產(chǎn)物為水和二氧化碳，是一種清潔能源。隨著對環(huán)境保護(hù)日益重視，加快建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要課題。我國大力發(fā)展城市燃?xì)?，使得燃?xì)庀M(fèi)結(jié)構(gòu)不斷提高，燃?xì)庀M(fèi)結(jié)構(gòu)更加均衡，基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，已被我國廣泛使用在工業(yè)燃料、工藝生產(chǎn)、化工工業(yè)、天然氣汽車等領(lǐng)域?？傮w看來，我國的天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)得到不斷優(yōu)化，形成了以城市燃?xì)鉃橹鞯睦媒Y(jié)構(gòu)，逐步替代燃油、燃料及其他工業(yè)燃料。
本文介紹利用ANSYS軟件對燃?xì)馊紵抡鎭砀又庇^全面地了解其所有的特征，排除其不利因素，減少其爆炸事故的發(fā)生和提高熱效率提供依據(jù)。
1 燃?xì)馊紵抡婺Ｐ蜆?gòu)建
將燃燒器模型網(wǎng)格在FLUENT中進(jìn)行仿真，模擬出了燃?xì)馊紵^程的迭代數(shù)據(jù)圖、溫度分度圖、甲烷含量分布圖、氧氣含量分布圖、二氧化碳含量分布圖等參數(shù)。通過本次模擬，可以了解燃燒器燃?xì)馊紵倪^程和結(jié)果。[2]
燃燒火焰是湍流擴(kuò)散，甲烷以86m/s的速度從噴口處射入，周圍空氣以0.8m/s的速度引射入燃燒器中，混合甲烷與空氣之間設(shè)置邊界條件隔開。
運(yùn)用fluent進(jìn)行燃?xì)馊紵亩S仿真模擬，劃分網(wǎng)格、設(shè)置邊界條件等參數(shù)。[3]
劃分網(wǎng)格：將燃燒器中的燃?xì)馊紵Ｐ瓦M(jìn)行對稱網(wǎng)格劃分得到仿真模型。
定義材料：因?yàn)槿細(xì)庵械募淄檎急却?，所以對燃?xì)馊紵抡鏁r(shí)采用的材料為甲烷，對比熱溫度設(shè)置為混合平均溫度，隨溫度的變化而變化。
邊界條件設(shè)置：邊界條件是對燃燒模型網(wǎng)格邊界的約束，也是對流體進(jìn)入計(jì)算區(qū)域時(shí)的狀態(tài)的設(shè)定。物種模型為甲烷-空氣;入口處的空氣速度為0.8m/s，燃料速度為86m/s，默認(rèn)溫度為300k。
2 仿真燃燒結(jié)果分析
仿真燃燒設(shè)置殘差值在迭代170步之后收斂，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與數(shù)據(jù)知道燃燒開始時(shí)反應(yīng)物含量最高，燃燒反應(yīng)后的生成物的含量也最高，隨著反應(yīng)的進(jìn)行反應(yīng)物與氧化物反應(yīng)含量減少，所以生成的生成物物的含量也逐漸減少。根據(jù)圖中顯示生成物中H2O的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C2O含量，而且沒有CO的生成，是一種清潔的能源。
隨著燃燒的進(jìn)行，火焰的溫度不斷上升，且在中間區(qū)域溫度最高達(dá)2310k。在入口處，甲烷由于剛射入燃燒器沒有充分?jǐn)U散，所以燃燒集中處于圖的中間部分，溫度升高的區(qū)域也主要集中于圖的中間部分，之后由于甲烷與空氣的充分混合，使得燃燒器整體溫度都上升了，效率高于其他燃料是高效的能源。
反應(yīng)物甲烷的含量分布圖中，在甲烷剛射入燃燒器時(shí)沒有與空氣混合完全，這時(shí)的含量最高，隨著甲烷與空氣混合充分并在燃燒的消耗下，甲烷的含量迅速下降直至全部燃燒盡。反應(yīng)物甲烷在入口處的含量也最高，在仿真火焰中心位置因?yàn)榧淄榈纳淞鬏^大，氧氣無法與甲烷充分混合，所以氧氣濃度為零。隨著甲烷燃燒的消耗，氧氣開始在中心區(qū)域有濃度的分布并且呈現(xiàn)出的濃度最低。
生成物二氧化碳含量在燃燒開始時(shí)甲烷與空氣的混合不完全，所以二氧化碳的生成量較少，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，甲烷與空氣的混合完全，二氧化碳的含量逐漸增加，在火焰中心位置達(dá)到0.145。
3 結(jié)語
這本次燃?xì)馊紵抡鎸?shí)驗(yàn)中，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示甲烷燃燒產(chǎn)生的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃料產(chǎn)生的溫度;甲烷燃燒反應(yīng)產(chǎn)生水和二氧化碳，且H2O的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C2O含量;優(yōu)化燃燒器結(jié)構(gòu)以高流速的燃?xì)馍淙氲土魉俚目諝庵锌梢允狗乐褂卸練怏wCO的產(chǎn)生。甲烷相比于傳統(tǒng)燃料容易控制和使用，可以減少資源不必要的浪費(fèi)。使用燃?xì)庾鳛槿剂?，對于用戶燃?xì)獗葌鹘y(tǒng)燃料更加安全，它幾乎不含硫和其他有害物質(zhì)，沒有產(chǎn)成CO有害氣體，容易控制和使用。[4]燃?xì)馊紵螽a(chǎn)生的二氧化碳遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燃料，可以防止大氣污染保護(hù)城市環(huán)境減少溫室效應(yīng)。所以，城市燃?xì)饣浅鞘鞋F(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。
參考文獻(xiàn)：
[1]《天然氣燃燒過程與應(yīng)用手冊》介紹[J].煤氣與熱力，2009，29（10）：36.5.
[2]歐儉平，吳青嬌，趙迪，肖佩林，張興華.高效低污染燃?xì)馊紵魅紵匦缘臄?shù)值模擬[J].金屬熱處理，2009（04）.
[3]金志敏.基于ANSYS軟件的微通道內(nèi)氣體流動(dòng)數(shù)值模擬分析[D].東華大學(xué)，2013.2-5.
[4]《天然氣燃燒過程與應(yīng)用手冊》介紹[J].煤氣與熱力，2009，29（10）：36.5.
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關(guān)鍵詞：ANSYS;燃?xì)馊紵?仿真
燃?xì)獾娜紵腔瘜W(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生大量的熱。傳統(tǒng)的燃料中含有硫和其他有害成分，在燃燒時(shí)會(huì)與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)釋放有害氣體，并且可能產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)排放在環(huán)境中。而尋求清潔的替代燃料是解決溫室效應(yīng)和環(huán)境污染的一種較為有效的解決辦法，現(xiàn)在的城鎮(zhèn)燃?xì)庵饕煞譃榧淄?，[1]燃燒產(chǎn)物為水和二氧化碳，是一種清潔能源。隨著對環(huán)境保護(hù)日益重視，加快建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要課題。我國大力發(fā)展城市燃?xì)?，使得燃?xì)庀M(fèi)結(jié)構(gòu)不斷提高，燃?xì)庀M(fèi)結(jié)構(gòu)更加均衡，基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，已被我國廣泛使用在工業(yè)燃料、工藝生產(chǎn)、化工工業(yè)、天然氣汽車等領(lǐng)域?？傮w看來，我國的天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)得到不斷優(yōu)化，形成了以城市燃?xì)鉃橹鞯睦媒Y(jié)構(gòu)，逐步替代燃油、燃料及其他工業(yè)燃料。
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劃分網(wǎng)格：將燃燒器中的燃?xì)馊紵Ｐ瓦M(jìn)行對稱網(wǎng)格劃分得到仿真模型。
定義材料：因?yàn)槿細(xì)庵械募淄檎急却?，所以對燃?xì)馊紵抡鏁r(shí)采用的材料為甲烷，對比熱溫度設(shè)置為混合平均溫度，隨溫度的變化而變化。
邊界條件設(shè)置：邊界條件是對燃燒模型網(wǎng)格邊界的約束，也是對流體進(jìn)入計(jì)算區(qū)域時(shí)的狀態(tài)的設(shè)定。物種模型為甲烷-空氣;入口處的空氣速度為0.8m/s，燃料速度為86m/s，默認(rèn)溫度為300k。
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隨著燃燒的進(jìn)行，火焰的溫度不斷上升，且在中間區(qū)域溫度最高達(dá)2310k。在入口處，甲烷由于剛射入燃燒器沒有充分?jǐn)U散，所以燃燒集中處于圖的中間部分，溫度升高的區(qū)域也主要集中于圖的中間部分，之后由于甲烷與空氣的充分混合，使得燃燒器整體溫度都上升了，效率高于其他燃料是高效的能源。
反應(yīng)物甲烷的含量分布圖中，在甲烷剛射入燃燒器時(shí)沒有與空氣混合完全，這時(shí)的含量最高，隨著甲烷與空氣混合充分并在燃燒的消耗下，甲烷的含量迅速下降直至全部燃燒盡。反應(yīng)物甲烷在入口處的含量也最高，在仿真火焰中心位置因?yàn)榧淄榈纳淞鬏^大，氧氣無法與甲烷充分混合，所以氧氣濃度為零。隨著甲烷燃燒的消耗，氧氣開始在中心區(qū)域有濃度的分布并且呈現(xiàn)出的濃度最低。
生成物二氧化碳含量在燃燒開始時(shí)甲烷與空氣的混合不完全，所以二氧化碳的生成量較少，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，甲烷與空氣的混合完全，二氧化碳的含量逐漸增加，在火焰中心位置達(dá)到0.145。
3 結(jié)語
這本次燃?xì)馊紵抡鎸?shí)驗(yàn)中，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示甲烷燃燒產(chǎn)生的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃料產(chǎn)生的溫度;甲烷燃燒反應(yīng)產(chǎn)生水和二氧化碳，且H2O的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C2O含量;優(yōu)化燃燒器結(jié)構(gòu)以高流速的燃?xì)馍淙氲土魉俚目諝庵锌梢允狗乐褂卸練怏wCO的產(chǎn)生。甲烷相比于傳統(tǒng)燃料容易控制和使用，可以減少資源不必要的浪費(fèi)。使用燃?xì)庾鳛槿剂?，對于用戶燃?xì)獗葌鹘y(tǒng)燃料更加安全，它幾乎不含硫和其他有害物質(zhì)，沒有產(chǎn)成CO有害氣體，容易控制和使用。[4]燃?xì)馊紵螽a(chǎn)生的二氧化碳遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燃料，可以防止大氣污染保護(hù)城市環(huán)境減少溫室效應(yīng)。所以，城市燃?xì)饣浅鞘鞋F(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。
參考文獻(xiàn)：
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[2]歐儉平，吳青嬌，趙迪，肖佩林，張興華.高效低污染燃?xì)馊紵魅紵匦缘臄?shù)值模擬[J].金屬熱處理，2009（04）.
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