第1卷第4期数值计算与工程仿真Vol1No42005

第1卷第4期数值计算与工程仿真Vol.1No.42005年3月NumericalCalculationandEngineeringSimulationMarch,2005—I—清洁能源技术论坛版权所有，─I─第1卷第4期数值计算与工程仿真Vol.1No.42005年3月NumericalCalculationandEngineeringSimulationMarch,2005—II—清洁能源技术论坛版权所有，─II─《数值计算与工程仿真》内部交流刊物创刊公告《清洁能源技术论坛》计算流体力学应用与工程仿真技术讨论区经过两年多的发展，已经成为本领域内具有一定影响力的专题网络论坛，本讨论区在各大搜索引擎上具有较高的搜索优先。本论坛的官方主办机构哈尔滨工业大学燃烧工程研究所数值计算与工程仿真研究室先后购买了PHOENICS、FLUENT等计算软件的正版使用许可，在商业CFD软件的应用与开发上积累了一定的经验。这些都为我们筹备《数值计算与工程仿真》内部交流刊物奠定了基础。随着商业CFD的不断发展成熟，这些通用软件正在成为企业研发的工具、相关科研院所进行科研实践的重要辅助手段、同时也成为高等学校进行计算流体力学教学实践与二次开发的平台，不同领域的众多研究生也都把CFD商业软件的学习作为一个重要学习内容。但是，CFD应用与实践涉及的学科领域宽广，计算理论的学习需要坚实的理论基础、计算经验和工程处理方法往往需要大量的计算实践和反复的讨论才能掌握。广大学习者由于缺乏有效的沟通和交流手段，致使很多使用者浅尝辄止，很难为企业研发、科研实践带来实际价值，这些都极大地制约了商业CFD的推广和使用。一、《数值计算与工程仿真》的刊物定位由于本单位没有网络出版权，我们的刊物定位为《清洁能源技术论坛》认证会员的内部交流刊物，对未经作者及论坛允许的任何商业出版行为我们将保留进一步追究其法律责任的权利。二、《数值计算与工程仿真》的办刊宗旨通过对学习和科研实践的分析，我们把商用CFD的学习概括为四个方面：计算软件使用过程中的实际经验和对问题的处理方法，计算理论、计算方法与实际软件使用、实际工程问题的结合，具体工程问题合理简化的经验，在现有商用CFD软件的基础上进行二次开发。在学习过程中我们发现理论学习固然重要，计算实践和经验更加重要，而每一点经验的获取都需要消耗大量的时间和精力，研究者之间的交流和学习至关重要，“你有一个想法、我有一个想法，交流讨论一下，每人至少有两个想法。”正是基于这样的思考，我们才有了开办《数值模拟与工程仿真》内部交流刊物的想法。《数值计算与工程仿真》立足于工程问题的计算解决方法与数值模拟、收第1卷第4期数值计算与工程仿真Vol.1No.42005年3月NumericalCalculationandEngineeringSimulationMarch,2005—III—清洁能源技术论坛版权所有，─III─录发表实践经验性强的文章和稿件，着眼于切实解决学习者在学习过程中碰见的问题、不断提高CFD应用水平。我们希望通过这个杂志的开办，能够为广大CFD学习者提供一位良师益友、开辟一个广大的交流空间。三、《数值计算与工程仿真》栏目设置基于我们的办刊宗旨，栏目设置和内容选择力求实用性强、经验性强、工程性强。内容选择紧密围绕大家关心的典型问题和共性问题展开，每期还计划收录一些算例和对论坛会员提出问题的解决方案或思考，具体的栏目设置将根据每期主题不断调整和优化。四、《数值计算与工程仿真》稿件形式与格式本刊欢迎内容完整、成体系且格式严谨的稿件，我们同时欢迎一些经验、体会、心得类的文稿或者是针对一个算例的分析与讨论。我们对文章格式没有很严格的要求，篇幅以清楚阐述和说明问题为要。五、《数值计算与工程仿真》的传播发放途径和版权保护方法1、关于刊物提供形式本刊初步定于每月中旬出刊，考虑注重实用价值、沟通速度和降低成本，本刊只提供PDF电子文档，文档通过Email发送。2、关于作者稿酬为鼓励广大注册会员的投稿积极性，本刊为会员作者提供稿酬，稿酬金额10元起，根据文章质量酌情增加。3、关于刊物发行范围本刊作为论坛的内部交流，仅在本站认证会员范围内发行。对于投稿被采用的普通会员我们除支付作者稿费外，还赠送该期电子刊物，但投稿会员须承诺自觉保护本电子期刊的知识版权。由于电子文稿为认证会员（祥见本站认证会员的有关规定）之间的内部交流信息汇总，未经本站授权允许，严禁任何类型的商业及出版行为。第1卷第4期数值计算与工程仿真Vol.1No.42005年3月NumericalCalculationandEngineeringSimulationMarch,2005—IV—清洁能源技术论坛版权所有，─IV─目录《数值计算与工程仿真》内部交流刊物创刊公告.......................II计算经验篇在数值计算中数学模型和数值解法的选择..............................1FLUENT6.1版本SOLVER中两个选项介绍................................8应用CFD方法对间接蒸发冷却换热器的数值模拟.......................13PHOENICS中颗粒轨道模型GENTRA的介绍与范例分析....................23PHOENICS中对称与循环边界条件的运用...............................31DPM模型的基本操作和注意事项......................................37湍流扩散火焰模型.................................................42应用实例PROFILE巧用......................................................58FLUENT中PATCH项用法的一点心得...................................63FLUENT中网格的缩放与平移.........................................68软件推荐计算流体力学软件PHOENICS及其工程应用............................73开启STAR-CD的大门...............................................81附录《数值计算与工程仿真》第一期目录.................................97《数值计算与工程仿真》第二期目录.................................98《数值计算与工程仿真》第三期目录.................................99《数值计算与工程仿真》第五期目录................................100《数值计算与工程仿真》第六期目录................................101期刊征文通知....................................................102第三届工程计算流体力学研讨会征文通知............................105第1卷第4期数值计算与工程仿真Vol.1No.42005年3月NumericalCalculationandEngineeringSimulationMarch,2005—1—清洁能源技术论坛版权所有，─1─在数值计算中数学模型和数值解法的选择哈工大燃烧工程研究所周珏摘要：本文利用FLUENT6.0软件，对旋流煤粉燃烧器进行了模拟，比较了采用不同的数学模型和数值解法下得到的流场情况。通过对比发现，湍流模型使用Realizablek-ε模型，对控制方程的求解采用SIMPLE算法，并使用二阶迎风差分格式进行模拟，结果较为合理。但是在气固迭代次序的问题上，无论是同时迭代还是先后迭代，连续性方程的残差都出现振荡，如何进一步提高解的收敛精度，还有待于进一步深入研究。1引言我们无论是使用CFD商业软件，或是编写的大型计算程序，都会遇到数学模型和数值解法选择的问题。如何选择合适的数学模型和数值解法，关系到计算结果的合理性与准确性。而且，对于不同的实际问题，模型和算法各不相同，不具有普遍的通用性。因此，当我们在对待某一特定问题，进行模拟的时候，一个重要的问题就是要确定合适的数学模型和数值解法。本文利用FLUENT6.0软件，针对旋流燃烧器的模拟，对湍流模型、控制方程的求解方法、差分格式，以及气固迭代的先后分别进行了比较，并在此基础上确定了符合课题需要的模型和算法。2物理模型本文模拟的对象为某电厂二号炉旋流煤粉燃烧器，其结构如图1所示。燃烧器一次风通道位于燃烧器的中心，一次风为直流，在燃烧器一次风通道中安装一个或多个锥形分离器使煤粉集中于燃烧器的中心并喷入炉内。该燃烧器内二次风叶片采用16个轴向弯曲叶片，外二次风叶片采用12个切向叶片。3计算域及网格划分为了使数值模拟与实际情况更为接近，考虑到燃烧器的结构较为复杂，将整个计算域划分为三部分。第一部分为内二次风叶片区域的模拟，从内二次风第1卷第4期数值计算与工程仿真Vol.1No.42005年3月NumericalCalculationandEngineeringSimulationMarch,2005—2—清洁能源技术论坛版权所有，─2─x外二次风通道浓缩环一次风通道大风箱内二次风通道看火孔图1中心给粉旋流煤粉燃烧器结构简图单位(mm)轴向叶片前开始至叶片后70mm处的圆环区域，采用四面体和六面体混和网格结构。第二部分为外二次风叶片区域的模拟，从外二次风切向叶片前开始至叶片后150mm处的同心圆环区域，也采用四面体与六面体混和网格。第三部分为一次风及燃烧器出口区域的模拟，从圆形弯头后开始至距离燃烧器出口3000mm处，其中包括一次风浓缩环。考虑到燃烧器气固流动为二维轴对称流动，以及计算的经济性，这一区域采用二维轴对称结构，网格全部为四边形网格。为了尽可能减少伪扩散的影响，避免由于回流产生的压力计算的不准确，在燃烧器出口采用分块划分网格，尽量使来流方向与网格方向保持一致。在计算中，将第一、第二部分模拟的结果通过数据文件导入到第三部分中，作为初始条件。各个部分的网格划分如图2、图3和图4所示。图2内二次风叶片区域网格图3外二次风片区域网格第1卷第4期数值计算与工程仿真Vol.1No.42005年3月NumericalCalculationandEngineeringSimulationMarch,2005—3—清洁能源技术论坛版权所有，─3─图4一次风及燃烧器出口区域网格4数学模型和数值解法的选择如果对每个参数的综合影响都考虑的话，数值模拟的工作量会很大。因此，考虑在初始条件不变的情况下，只改变其中一个参数，来分析这一参数对结果的影响。初始工况的参数表1所示。表1初始工况的参数条件一次风风速内二次风风速外二次风风速固相速度颗粒浓度颗粒平均粒径11.71m/s14.84m/s7.84m/s9.37m/s0.455kg/kg45µm一次风入口速度，内外二次风叶片前的速度按进口均匀分布取值，给出其各个方向的速度分量。在燃烧器出口区域的模拟中，内外二次风风速，由内外二次风叶片区域计算得到的数据文件导入。出口采用表压为0的压力边界条件。壁面边界条件取无滑移且无湍流运动条件，在近壁面处采用非平衡壁面函数修正。4.1数学模型的选择在FLUENT软件中，有三种k-ε模型可供选择，分别为标准的k-ε模型，RNGk-ε模型和Realizablek-ε模型。这三种模型都在某些流动中能够表现得很好，特别是Realizablek-ε模型，作为一种带旋转修