2.3.5 组份模型设置
在浏览树中双击“设置”→“模型”→“组份”选项，弹出“组份模型”对话框，如图2-36所示。Fluent中的组份模型主要有5个，分别是组份传递模型、非预混燃烧模型、预混合燃烧模型、部分预混合燃烧模型及联合概率密度输运模型。
1.组份传递模型
使用组份传递模型时，如不考虑反应，则可以进行组份输送扩散的仿真分析，如甲烷泄漏扩散；若考虑反应，则可以进行气体燃烧的反应模拟。具体分析如下。
（1）不考虑反应的组份传递模型
不勾选“反应”下的“体积反应”复选框时，就是进行单纯的冷态气体组份扩散仿真分析，如图2-37所示。
图2-36 “组份模型”对话框
图2-37 不考虑反应的组份传递模型设置
在“混合材料”下拉列表框里可以设置不同气体的组份。例如，选择mixture-template，单击“查看”按钮，弹出图2-38所示的“物质”对话框，若与所要分析的气体成分较接近，则可以选择此混合材料。
图2-38 “物质”对话框
如果缺少某种成分的气体，则可以进行添加。在“选定的组份”列表中组份的顺序很重要，Fluent软件将列表中的最后一个组份作为凝聚态组份。当从混合物中增加或删除组份时，用户应当将含量最高的组份（根据质量）放在最后。
（2）考虑反应的组份传递模型
勾选“反应”下的“体积反应”复选框时，即可进行体积反应设置，如图2-39所示。在“湍流-化学反应相互作用”下有4个反应模型可选，分别是Finite-Rate/No TCI（有限速率）、Finite-Rate/Eddy-Dissipation（有限速率/涡耗散）、Eddy-Dissipation（ED，涡耗散）和Eddy-Dissipation Concept（EDC，涡-耗散-概念）。
图2-39 考虑反应的组份传递模型设置
Finite-Rate使用Arrhenius公式计算化学源项，忽略湍流脉动的影响。对于化学反应动力学控制的燃烧（如层流燃烧）或化学反应相对缓慢的湍流燃烧是准确的，但对于一般湍流火焰，Arrhenius往往因化学反应动力学的高度非线性而不精确。
Finite-Rate/Eddy-Dissipation简单结合了Arrhenius公式和涡耗散方程，避免了Eddy-Dissipation模型出现的提前燃烧问题。Arrhenius速率作为动力学开关，能阻止反应发生在火焰稳定器启动之前。点燃后，涡速率一般小于Arrhenius速率。该模型的优点是结合了动力学因素和湍流因素；缺点是只能用于单步或双步反应。
Eddy-Dissipation适用于大部分燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流混合控制，突出了湍流混合对燃烧速率的控制作用。复杂且常常未知的化学反应动力学速率可以完全被忽略掉。化学反应速率由大尺度涡混合时间尺度k/e控制。只要k/e（湍流）＞0出现，燃烧即可进行，不需要点火源来启动燃烧。其缺点是未能考虑分子输运和化学动力学因素的影响，常用于非预混火焰，但在预混火焰中，反应物一进入计算域就开始燃烧，模型计算的燃烧会出现超前性，故一般不单独使用。当初始化求解时，Fluent设置产物的质量百分数为0.01，通常足够启动反应。
Eddy-Dissipation Concept假定化学反应都发生在小涡中，反应时间由小涡生存时间和化学反应本身需要的时间共同控制。该模型能够在湍流反应中考虑详细的化学反应机理。
建议只有在快速化学反应假定无效的情况下才使用这一模型（如快速熄灭火焰中缓慢的CO烧尽、选择性非催化还原中的NO转化问题），求解时选取双精度求解器，避免反应速率中指前因子和活化能产生的误差。
2.非预混燃烧模型
非预混燃烧模型求解混合分数输运方程和一个或两个守恒标量的方程，从预测的混合分数公式中推导出每一个组份的浓度，且通过概率密度函数或PDF文件来考虑湍流的影响。反应机理是使用化学平衡计算来处理反应系统。该模型主要用于模拟湍流扩散火焰的反应系统，如甲烷的燃烧等，具体参数设置如图2-40所示。
图2-40 非预混燃烧模型设置
切换到“边界”选项卡，如图2-41所示，在此可以进行燃料组份的设置：在“燃料”下设置燃料组份的具体分数；在“温度”选项组中进行燃料的温度值设置；在“设定组份”中选择摩尔分数或者质量分数。
图2-41 非预混燃烧模型中的边界设置
切换到“表格”选项卡，如图2-42所示，单击“计算PDF表”按钮，生成一个PDF文件，注意生成的PDF文件需要与算例文件在同一目录下。
图2-42 非预混燃烧模型中的表格文件生成
3.预混合燃烧模型
预混合燃烧模型主要用于完全预混合的燃烧系统。在这些问题中，完全的混合反应物和燃烧产物被火焰前缘分开，模型解出反应物发展变量来预测前缘的位置，湍流的影响是通过考虑湍流火焰速度来计算得出的。
4.部分预混合燃烧模型
部分预混合燃烧模型综合了非预混燃烧和预混合燃烧，通过几何混合分数方程和反应物发展变量来分步确定组份浓度和火焰前缘位置，适用于计算域内具有变化等值比率的预混火焰情况。其参数设置如图2-43所示。
图2-43 部分预混合燃烧模型设置
5.联合概率密度输运模型
联合概率密度输运模型结合CHEMKIN软件后可以进行详细的化学反应机理分析，合理模拟湍流和详细化学反应动力学之间的相互作用，是湍流燃烧的精确模拟方法。其优点是可以计算中间组份，考虑分裂影响；考虑湍流和化学反应之间的作用，无须求解组份输运方程。缺点是系统要满足（接近）局部平衡，不能用于可压缩或非湍流流动，不能用于预混燃烧，且计算量特别大。其参数设置如图2-44所示。
图2-44 联合概率密度输运模型设置