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燃烧仿真.燃烧仿真软件：OpenFOAM：湍流燃烧仿真原理

1燃烧仿真基础

1.1燃烧化学反应基础

燃烧是一种化学反应过程，其中燃料与氧气反应生成热能和一系列化学产

物。在燃烧仿真中，理解燃烧化学反应的基础至关重要。燃烧反应可以是简单

的，如甲烷与氧气的反应：

CH+2O→CO+2HO

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也可以是复杂的，涉及多种燃料和产物的反应网络。在OpenFOAM中，可

以使用chemReactingFoam求解器来模拟化学反应。下面是一个简单的示例，展

示如何在OpenFOAM中定义化学反应：

#在$FOAM_RUN/tutorials/combustion/chemReactingFoam/case1中创建化学反应文件

$cd$FOAM_RUN/tutorials/combustion/chemReactingFoam/case1

$cp-r$FOAM_TUTORIALS/combustion/chemReactingFoam/case1/constant/chemistry

在constant/chemistry目录下，可以编辑reactions文件来定义化学反应：

#reactions文件示例

typereactions;

defaultReactionOrder1;

reactions

(

CH4+2O2-CO2+2H2O

);

1.2燃烧热力学与动力学

燃烧过程不仅涉及化学反应，还涉及热力学和动力学。热力学描述了燃烧

反应的能量转换，而动力学则关注反应速率。在OpenFOAM中，可以使用

thermophysicalProperties文件来定义燃烧的热力学和动力学属性。

例如，定义一个简单的热力学模型：

#thermophysicalProperties文件示例

thermoType

{

typehePsiThermo;

mixturemixture;

transportconst;

thermoHConst;

equationOfStateperfectGas;

1

speciespecie;

energysensibleInternalEnergy;

}

mixture

{

specie

{

nMoles1;

molWeight16;//甲烷的摩尔质量

}

//定义燃料和氧化剂的热力学属性

thermodynamics

{

fuelCH4;

oxidantO2;

productsCO2H2O;

Tstd298.15;

pstd101325;

}

}

1.3湍流燃烧简介

湍流燃烧是在湍流环境中发生的燃烧过程，这种环境下的燃烧比层流燃烧

更为复杂，因为湍流会加速燃料与氧化剂的混合，从而影响燃烧速率和火焰结

构。在OpenFOAM中，模拟湍流燃烧通常使用turbulentReactingFoam求解器。

为了模拟湍流燃烧，需要定义湍流模型。OpenFOAM提供了多种湍流模型，

如k-epsilon模型和k-omega模型。下面是一个使用k-epsilon模型的湍流燃烧设

置示例：

#turbulenceProperties文件示例

simulationTypelaminar;

RAS

{

RASModelkEpsilon;

turbulenceon;

printCoeffson;

}

//定义湍流模型的初始条件和边界条件

boundaryField

{

2

inlet

{

typefixedValue;

valueuniform(0.010.010.01);//k的初始值