燃烧仿真.燃烧化学动力学：高温燃烧：高温燃烧对环境影响的评估.pdfVIP

燃烧仿真.燃烧化学动力学：高温燃烧：高温燃烧对环境影

响的评估

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真概述

燃烧仿真是一种利用计算机模型来预测和分析燃烧过程的技术。它基于燃

烧化学动力学，通过数值方法解决燃烧反应的物理和化学方程，以模拟火焰的

传播、燃烧产物的生成、能量的释放等现象。燃烧仿真在工程设计、火灾安全、

环境影响评估等领域有着广泛的应用。

1.1.1原理

燃烧仿真主要依赖于以下原理：

1.质量守恒定律：在燃烧过程中，反应物的质量等于生成物的质量。

2.能量守恒定律：燃烧释放的能量等于反应物化学能的减少。

3.化学动力学：描述化学反应速率和反应路径，是燃烧仿真模型的

核心。

4.流体力学：用于模拟燃烧过程中的气体流动，包括湍流、扩散等

现象。

1.1.2内容

燃烧仿真内容通常包括：

反应机理的建立：定义燃烧过程中的化学反应和反应速率。

数值方法的选择：如有限体积法、有限元法等，用于求解模型方

程。

边界条件的设定：如初始温度、压力、反应物浓度等。

结果的分析与验证：比较仿真结果与实验数据，评估模型的准确

性。

1.2燃烧仿真软件介绍

燃烧仿真软件是实现燃烧过程数值模拟的工具，它们提供了用户友好的界

面和强大的计算能力，以帮助工程师和科学家进行燃烧研究。常见的燃烧仿真

软件包括：

AnsysFluent：广泛用于流体动力学和燃烧仿真，提供丰富的物理

模型和化学反应库。

STAR-CCM+：适用于复杂几何形状的燃烧仿真，具有强大的网格

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生成和后处理功能。

Cantera：一个开源软件，专注于燃烧化学动力学的模拟，适用于

详细机理研究。

1.2.1示例：使用Cantera进行燃烧仿真

#导入Cantera库

importcanteraasct

#设置反应机理

gas=ct.Solution(gri30.xml)

#定义初始条件

gas.TPX=300,ct.one_atm,CH4:1,O2:2,N2:7.56

#创建燃烧室模型

r=ct.IdealGasConstPressureReactor(gas)

#创建仿真器

sim=ct.ReactorNet([r])

#仿真时间步长和结果存储

time=0.0

states=ct.SolutionArray(gas,extra=[t])

#进行仿真

whiletime0.01:

sim.advance(time)

states.append(r.thermo.state,t=time)

time+=1e-4

#输出结果

print(states(T))

此代码示例使用Cantera库创建了一个理想气体常压燃烧室模型，模拟了

甲烷在空气中的燃烧过程。gri30.xml是包含详细化学反应机理的文件，TPX参

数设定了初始温度、压力和反应物的摩尔分数。通过ReactorNet和advance方

法进行仿真，结果存储在states数组中，最后输出了温度随时间的变化。

1.3燃烧仿真模型建立步骤

建立燃烧仿真模型通常遵循以下步骤：

1.定义物理域：确定仿真区域的几何形状和尺寸。

2.选择模型类型：如层流燃烧模型、湍流燃烧模型等。

3.设定初始和边界条件：包括温度、压力、反应物浓度等。

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4.选择求解器和算法：根据模型类型选择合适的数值方法。

5.运行仿真：执行仿真计算，获取燃烧过程的数据。

6.后处理和结果分析：可视化仿真结果，进行数据分析和模型验证。

1.3.1示例：使用AnsysFluent建立燃烧模型

在AnsysFluent中建立燃烧模型，首先需要在图形界面中定义几何域，然

后选择“湍流燃烧