燃烧仿真.燃烧化学动力学：化学反应机理：燃烧反应中的链式反应机理.pdfVIP

燃烧仿真.燃烧化学动力学：化学反应机理：燃烧反应中的

链式反应机理

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真的历史与应用

燃烧仿真技术的发展始于20世纪中叶，随着计算机技术的飞速进步，燃烧

仿真从最初的简单模型逐渐演变为高度复杂的多物理场耦合模型。早期的燃烧

仿真主要依赖于解析解和一维模型，用于理解基本的燃烧过程。然而，随着计

算流体力学(CFD)的兴起，三维模型开始被广泛应用于燃烧仿真中，这极大地提

高了仿真结果的准确性和可靠性。

燃烧仿真的应用领域广泛，包括但不限于：-航空航天：发动机燃烧室的

设计与优化。-能源：燃烧效率的提升，减少污染物排放。-安全：火灾模拟，

预测和预防。-材料科学：高温材料的性能评估。

1.2燃烧仿真软件介绍

1.2.1主流燃烧仿真软件

1.ANSYSFluent：以其强大的CFD求解器和化学反应模型而闻名，

广泛应用于工业燃烧仿真。

2.STAR-CCM+：提供用户友好的界面和先进的燃烧模型，适用于复

杂几何的燃烧仿真。

3.OpenFOAM：开源的CFD软件，拥有丰富的物理模型库，适合定

制化燃烧仿真开发。

1.2.2软件选择考量

模型精度：软件是否提供了所需的燃烧模型和化学反应机理。

计算效率：软件的求解器是否能够高效处理大规模计算问题。

用户界面：软件的易用性，是否需要编程技能。

成本：软件的许可费用，以及是否开源。

1.3燃烧仿真中的网格与求解器选择

1.3.1网格生成

网格是燃烧仿真中的基础，它决定了计算域的离散化程度。网格的类型包

1

括：-结构网格：适用于规则几何，计算效率高。-非结构网格：适用于复杂几

何，灵活性强。-自适应网格：根据计算结果动态调整网格密度，提高计算精

度。

1.3.1.1代码示例：使用OpenFOAM生成非结构网格

#使用blockMesh生成初始网格

blockMeshDictsystem/blockMeshDict

blockMesh

#使用snappyHexMesh细化复杂几何区域的网格

surfaceDictsystem/surfaceDict

snappyHexMeshDictsystem/snappyHexMeshDict

snappyHexMesh-overwrite

1.3.2求解器选择

求解器的选择取决于燃烧仿真的具体需求，常见的求解器包括：-稳态求

解器：适用于寻找燃烧过程的稳态解。-瞬态求解器：适用于模拟燃烧过程的

动态变化。-湍流求解器：适用于处理湍流燃烧，如RANS或LES模型。

1.3.2.1代码示例：在OpenFOAM中选择瞬态求解器

#在控制字典中选择瞬态求解器

controlDictsystem/controlDict

#设置时间步长和求解器类型

deltaT0.001;

endTime1;

applicationsimpleFoam;

1.3.3案例分析：燃烧室仿真

假设我们正在模拟一个燃烧室的燃烧过程，使用OpenFOAM进行网格生成

和求解器选择。

1.3.3.1网格生成

#燃烧室几何模型

system/blockMeshDict

(

...

//定义燃烧室的几何参数

...

2

)

#执行网格生成

blockMesh

1.3.3.2求解器设置

#燃烧室仿真控制字典

system/controlDict

(

...

//设置求解器为瞬态

applicationsimpleFoam;

//设置时间步长和结束时间

deltaT0.001;

endTime1;

...

)

#化学反应模型

constant/reactingProperties

(

...

//选择化学反应机理

chemistryTypefiniteRate;

//定义燃料和氧化剂

fuelCH4;

oxidantO2;

...

)

通过上述设置，我们可以开始燃烧室的