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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
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