[案例分析]STARCCM+入门系列之——非预混丙烷化学反应

    使用反应组分输运时，机制中的所有组分将通过计算域对流和扩散，并且使用指定的化学机制发生反应。STAR-CCM+ 中提供以下反应组分输运模型：复杂化学，涡破碎（EBU），旋涡接触微观混合（ECM）。复杂反应适合于将详细的化学信息引入CFD模拟，此模拟可求解数百个组分中的数千个化学反应；涡破碎模型适合只有少数反应步骤的机制；旋涡接触微观混合可用于液体液体化学中的扩散限制反应；本算例的非预混丙烷反应使用涡破碎反应模型。

1、问题描述

本案例使用的三个方程显示在本模拟中建模的三步反应：

C₃H₈+ 1.5O₂→3CO + 4H₂

CO + 0.5O₂→CO₂

H₂+ 0.5O₂→H₂O

空气通过三个进风口进入燃烧室，丙烷通过燃料入口进入，在入口处，空气和燃料的压力都为1bar，温度为293K。

2、几何与网格

本案例使用已经画好的体网格，导入以后的几何如下图。

3、 STAR-CCM+设置

（1）    选择反应类型相应的湍流模型；

（2）展开Gas Components节点，选择本反应所用的气体模型，C3H8 (Propane), CO (Carbon Monoxide), CO2 (Carbon Dioxide), H2；(Hydrogen), H2O (Water), N2 (Nitrogen), and O2 (Oxygen)。

（3）定义化学反应，在模型，涡破碎节点，将反应设置为Standard EBU；右键点击Reacting > Reactions节点，选择New Reaction，在相应的节点中将化学反应的三个化学方程式写入反应中。

（4）设置初始条件和基准值；在Reference Values > Minimum Allowable Temperature节点，将值设置为200k；在Initial Conditions > Species Mass Fraction节点，设置O₂和N₂的初始质量分数分别为0.233和0.767，其他组分值设为0；

（5）在Regions > Default_Fluid > Boundaries节点，同时选择Cyclic1和Cyclic2节点，右键选择创建交界面，在生成的交界面节点，将其拓扑关系改为周期界面；

（6）将空气入口边界条件设置为速Air_Inlet1度指定为分量，速度值为-11, -24, 42 m/s，将制定组分质量分数的O2和N2的值分别为0.233和0.767 ，同样的设置复制到Air_Inlet2和Air_Inlet3，在Fuel_Inlet节点，将C3H8的组分质量设置为1.0，速度改为-28,-60,100 m/s；

（7）在求解节点，将Segregated Species和Segregated Energy的亚松弛因子设置为0.8；

    （8）在file→auto save，自动保存文件数为1，保存步数为200步。

4、计算后处理

 

计算以后截面的温度如下。

截面内的温度分布
截面内的生成的CO2分布

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