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燃烧仿真.燃烧化学动力学：化学反应机理：燃烧化学动力

学高级专题研究

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。它涵盖了

从简单的火焰传播到复杂的发动机内燃烧现象的广泛范围。燃烧仿真基于流体

力学、热力学、化学动力学和传热学的基本原理，通过数值方法求解控制方程，

如连续性方程、动量方程、能量方程和物种守恒方程，来模拟燃烧过程中的物

理和化学行为。

1.1.1控制方程示例

控制方程通常以偏微分方程的形式出现，例如，连续性方程可以表示为：

∂

+∇⋅=0

∂

其中，是密度，是速度矢量，是时间。

1.1.2数值方法

数值方法是求解这些方程的关键。常用的数值方法包括有限差分法、有限

体积法和有限元法。例如，使用Python和NumPy库，我们可以使用有限差分

法来求解一个简单的扩散方程：

importnumpyasnp

importmatplotlib.pyplotasplt

#参数设置

L=1.0#域长度

N=100#网格点数

dx=L/(N-1)#空间步长

dt=0.001#时间步长

D=0.1#扩散系数

t_end=0.5#模拟结束时间

#初始化网格和条件

x=np.linspace(0,L,N)

u=np.zeros(N)

u[int(N/4):int(3*N/4)]=1.0#初始条件

1

#求解扩散方程

forninrange(int(t_end/dt)):

un=u.copy()

u[1:-1]=un[1:-1]+D*dt/dx**2*(un[2:]-2*un[1:-1]+un[:-2])

#绘制结果

plt.plot(x,u)

plt.xlabel(x)

plt.ylabel(u(x))

plt.title(DiffusionEquationSolution)

plt.show()

这段代码演示了如何使用有限差分法求解一维扩散方程，并可视化结果。

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，它们提供了复杂的物理和

化学模型，以及高效的求解算法。常见的燃烧仿真软件包括：

AnsysFluent

STAR-CCM+

OpenFOAM

Cantera

这些软件不仅能够处理基本的流体动力学和传热问题，还能够模拟复杂的

化学反应机理，包括多组分、多相流和非预混燃烧等。

1.2.1软件使用示例

以OpenFOAM为例，下面是一个简单的燃烧仿真设置文件

（constant/thermophysicalProperties）示例，用于定义燃料和氧化剂的化学反应：

thermodynamics

{

thermoType

{

typehePsiThermo;

mixturemixture;

transportconst;

thermohConst;

equationOfStateperfectGas;

speciespecie;

energysensibleInternalEnergy;

}

mixture

{

specie

2

{

nMoles1;

molecularWeight16.04;//甲烷的分子量

}

equationOfState

{

rho01.225;//初始密度

Cp01004.5;//比热