如何设置有限速率化学反应

1.选定物质输送和反应，并选择混合物材料

执行Define→Models→Species…命令，弹出Species Model对话框，如图11-1所示。

图11-1 Species Model对话框

（1）在Model选框中，选择Species Transport。

（2）在Reactions选框中，选择Volumetric。

（3）在Mixture Properties选项组的Mixture Material下拉列表框中选择问题中希望使用的混合物材料。

下拉列表框中包括所有在当前数据库中定义的混合物。要检查一种混合物材料的属性，应选择它，并单击View按钮。如果希望使用的混合物不在下拉列表框中，则选择混合物模板（Mixture-template）材料。

（4）在Turbulence-Chemisitry Interaction选框中选择湍流-化学反应相互作用模型，可以使用4种模型。

●层流有限速率（Laminar Finite-Rate）：只计算Arrhenius速率，并忽略湍流-化学反应相互作用。

●涡耗散模型（Eddy-Dissipation）：只计算混合速率。

●有限速率/涡耗散模型（Finite-Rate/Eddy-Dissipation）：计算Arrhenius速率和混合速率，并使用其中较小的一个。

●EDC模型（湍流流动）：使用详细的化学反应机理模拟湍流-化学反应相互作用。

2.定义混合物的属性

执行Define→Materials…命令，在Materials对话框中，选择Material Type为混合物。单击Mixture Species右边的Edit按钮打开Species对话框，如图11-2所示。

图11-2 Species对话框

在Species对话框中，已选物质Selected Species列表显示所有混合物中的流体相物质。如果模拟壁面或微粒表面反应，已选物质Selected Species列表将显示所有混合物中的表面物质。表面物质是那些从壁面边界或离散相微粒(如Si(s))产生或散发出来的，以及在流体相物质中不存在的物质。

3.定义反应

如果FLUENT软件模型中涉及化学反应，则可以接着定义参与的已定义物质的反应。在Materials对话框的Reaction下拉列表框中显示适当的反应机理，依赖于在Species Model对话框中选择的湍流-化学反应相互作用模型。如果使用层流有限速率或EDC模型，则反应机理将是有限速率的；如果使用涡耗散模型，反应机理将是涡耗散的；如果使用有限速率/涡耗散模型，反应机理将是有限速率/涡耗散的。

为定义反应，单击Reaction右侧的Edit按钮，将打开Reactions对话框。

定义反应的步骤如下：

（1）在Total Number of Reactions微调框中设定反应数目（容积反应、壁面反应和微粒表面反应），使用箭头改变数值，或输入值并按〈Enter〉键。

（2）如果是流体相反应，保持默认选项Volumetric作为反应类型。如果是壁面反应或者颗粒表面反应，则选择Wall Surface或Particle reaction作为反应类型。

（3）通过增加Number of Reactants和Number of Products的值指定反应中涉及的反应物和生成物的数量。在Species下拉列表框中选择每一种反应物或生成物，然后在Stoich. Coefficient和Rate Exponent区域中设定它的化学计量系数和速率指数，如图11-3所示。(www.xing528.com)

图11-3 Reactions对话框

4.定义化学物质的其他源项

（1）刚性层流化学反应系统的求解 当使用层流有限速率模型模拟层流反应系统时，可能需要在反应机理是刚性的时候使用耦合求解器。另外，可以通过使用stiff-chemistry文本命令为耦合求解器提供进一步的求解稳定性。

注意

stiff-chemistry选项在非耦合求解器中是没有的，它只能用于耦合求解器（隐式的或显式的）。

（2）EDC模型求解

1）用涡耗散模型和简单的单步或两步放热机理计算一个初始解。

2）用适当的物质使能EDC化学反应机理。

3）如果物质的数目和反应顺序改变，将需要改变物质边界条件。

4）不选择Species Model对话框中的Volumetric复选框可以暂时取消反应计算。

5）在Solution Controls对话框中使能物质方程的求解。

6）对物质混合场计算一个解。

7）打开Species Model对话框中的Volumetric复选框，选定反应计算，并在Turbulence_- Chemistry Interaction选框中选择EDC模型。

8）在Solution Controls对话框中使能Energy方程的求解。

9）对复合了物质和温度的场计算一个解。如果火焰吹熄，可能还需要补缀一个高温区域。

10）打开所有方程。

11）计算最终解。

5.从CHEMKIN导入化学反应机理

如果有一个CHEMKIN格式的气相化学反应机理，则可以使用CHEMKIN Mechanism Import对话框将机理文件导入FLUENT软件或执行File→Imput→CHEMKIN Mechanism命令，如图11-4所示。

图11-4 CHEMKIN Mechanism Import对话框

在CHEMKIN Mechanism Import对话框中，在CHEMKIN Mechanism Flie文本框中输入CHEMKIN文件的路径（如路径/file.che），并指定Thermodynamic Database File(THERMO.DB)的位置。