燃烧仿真与实验技术：燃烧过程监测、数据处理与分析教程.pdfVIP

燃烧仿真与实验技术：燃烧过程监测、数据处理与分析教

程

1燃烧仿真基础

1.1燃烧理论与模型

1.1.1原理

燃烧是一种化学反应过程，通常涉及燃料与氧气的快速氧化，产生热能和

光能。燃烧理论研究燃烧的化学动力学、热力学和流体力学特性，而燃烧模型

则是将这些理论应用于仿真中的数学表示。燃烧模型可以分为以下几类：

均相燃烧模型：适用于气体燃料的燃烧，假设反应物和产物在空

间上均匀分布。

非均相燃烧模型：适用于固体或液体燃料的燃烧，考虑到燃料相

与气相之间的界面反应。

详细机理模型：包含所有可能的化学反应路径，适用于精确研究

燃烧过程。

简化机理模型：减少详细机理中的反应数量，以提高计算效率。

1.1.2内容

在燃烧仿真中，选择合适的燃烧模型至关重要。例如，对于快速燃烧过程，

可以使用Arrhenius定律来描述反应速率，其数学表达式为：

−

=exp

其中，是反应速率，是频率因子，是活化能，是气体常数，是温

度。

1.2仿真软件介绍与操作

1.2.1原理

燃烧仿真软件利用数值方法求解燃烧过程中的物理和化学方程。这些软件

通常基于有限体积法或有限元法，能够处理复杂的几何结构和多物理场耦合问

题。

1.2.2内容

OpenFOAM是一个开源的计算流体动力学（CFD）软件包，广泛用于燃烧

1

仿真。它提供了多种燃烧模型和求解器，如simpleFoam和combustionFoam，

适用于不同类型的燃烧问题。

1.2.2.1示例：使用OpenFOAM进行燃烧仿真

假设我们有一个简单的燃烧室模型，需要使用OpenFOAM进行仿真。首先，

创建一个包含燃烧室几何结构的案例目录，然后设置边界条件和初始条件。下

面是一个简单的system/fvSolution文件示例，用于控制求解过程：

#system/fvSolution文件示例

solvers

{

p

{

solverpiso;

preconditionerGAMG;

tolerance1e-06;

relTol0;

}

U

{

solversmoothSolver;

smootherGaussSeidel;

nSweeps2;

}

k

{

solversmoothSolver;

smootherGaussSeidel;

nSweeps2;

}

epsilon

{

solversmoothSolver;

smootherGaussSeidel;

nSweeps2;

}

T

{

solversmoothSolver;

smootherGaussSeidel;

nSweeps2;

}

}

2

PISO

{

nCorrectors2;

nNonOrthogonalCorrectors0;

pRefCell0;

pRefValue0;

}

此文