燃烧仿真.燃烧化学动力学：反应路径分析：燃烧仿真在工业设计中的应用.pdfVIP

燃烧仿真.燃烧化学动力学：反应路径分析：燃烧仿真在工

业设计中的应用

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真概述

燃烧仿真是在计算机上模拟燃烧过程的技术，它结合了流体力学、热力学、

化学动力学等多个学科的知识。通过数值方法求解控制方程，可以预测燃烧室

内的温度、压力、组分浓度等关键参数，对燃烧过程进行深入分析和优化设计。

1.1.1原理

燃烧仿真主要基于Navier-Stokes方程和化学反应动力学方程。Navier-

Stokes方程描述了流体的运动，而化学反应动力学方程则描述了化学反应的速

率和机理。在仿真过程中，这些方程被离散化并使用数值方法求解，如有限体

积法或有限元法。

1.1.2内容

燃烧仿真可以分为几个关键步骤：

1.建立几何模型：使用CAD软件创建燃烧室的三维模型。

2.网格划分：将三维模型划分为多个小单元，形成网格，以便进行

数值计算。

3.设定边界条件：定义入口、出口、壁面等的条件，如速度、温度、

压力和组分浓度。

4.选择燃烧模型：根据燃料类型和燃烧特性，选择合适的燃烧模型，

如层流燃烧模型、湍流燃烧模型或详细化学反应机理。

5.求解控制方程：使用数值方法求解Navier-Stokes方程和化学反应

动力学方程。

6.后处理和分析：对计算结果进行可视化和分析，提取关键参数，

评估燃烧效率和排放性能。

1.2燃烧化学动力学基础

燃烧化学动力学研究化学反应在燃烧过程中的速率和机理。它涉及到反应

物的转化、中间产物的生成以及最终产物的形成。在工业设计中，理解燃烧化

学动力学对于优化燃烧过程、减少污染物排放至关重要。

1

1.2.1原理

化学动力学方程描述了化学反应速率与反应物浓度之间的关系。速率常数

是化学动力学方程中的关键参数，它受温度、压力和催化剂的影响。在燃烧仿

真中，通常使用Arrhenius方程来表示速率常数：

−

=exp

其中，是速率常数，是频率因子，是活化能，是理想气体常数，是

温度。

1.2.2内容

在燃烧化学动力学中，需要关注以下几点：

1.反应机理：确定参与燃烧的化学反应序列，包括反应物、产物和

中间产物。

2.速率常数：根据Arrhenius方程计算不同温度下的速率常数。

3.化学平衡：在给定条件下，计算化学反应达到平衡时的组分浓度。

4.化学反应速率：计算每个化学反应的速率，以评估燃烧过程的效

率。

5.污染物生成：分析燃烧过程中可能产生的污染物，如NOx、CO和

未燃烧碳氢化合物。

1.3反应路径分析简介

反应路径分析是燃烧化学动力学中的一个重要工具，用于识别在复杂化学

反应网络中起主导作用的反应路径。通过分析反应路径，可以优化燃烧过程，

提高燃烧效率，减少污染物排放。

1.3.1原理

反应路径分析基于化学反应网络的数学模型，通过计算反应路径的贡献度，

确定哪些路径对燃烧过程的特定方面（如温度、压力或污染物生成）有显著影

响。这通常涉及到求解化学动力学方程组，并使用灵敏度分析或主成分分析等

统计方法来评估路径的重要性。

1.3.2内容

进行反应路径分析时，需要执行以下步骤：

1.构建化学反应网络：基于燃料的化学组成和燃烧条件，建立详细

的化学反应