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燃烧仿真与实验技术：燃烧温度测量教程

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真原理

燃烧仿真基于数值方法，通过计算机模拟燃烧过程中的物理和化学现象。

其核心在于解决反应流体力学方程组，包括连续性方程、动量方程、能量方程

以及物种守恒方程。这些方程描述了燃烧过程中质量、动量、能量和化学物种

的传输与转化。

1.1.1连续性方程

连续性方程描述了质量守恒原则，即在任意控制体积内，质量的流入等于

流出加上该体积内质量的生成或消耗。

1.1.2动量方程

动量方程描述了流体的运动，考虑了压力、粘性力和惯性力的影响。

1.1.3能量方程

能量方程描述了能量的守恒，包括热能的传导、对流和辐射，以及化学反

应释放或吸收的热量。

1.1.4物种守恒方程

物种守恒方程描述了化学物种的生成和消耗，以及扩散和对流对物种浓度

的影响。

1.2燃烧模型介绍

燃烧模型是燃烧仿真中的关键部分，用于描述化学反应的速率和机制。常

见的燃烧模型包括：

1.2.1层流火焰模型

层流火焰模型假设燃烧过程在层流条件下进行，适用于研究火焰传播的基

本特性。

1

1.2.2湍流燃烧模型

湍流燃烧模型考虑了湍流对燃烧过程的影响，适用于模拟实际燃烧环境中

的复杂现象。

1.2.3化学反应模型

化学反应模型详细描述了燃烧过程中的化学反应路径，包括反应物、产物

和中间产物的生成与消耗。

1.2.4示例：层流火焰模型的简单实现

#导入必要的库

importnumpyasnp

fromscipy.integrateimportsolve_ivp

#定义燃烧反应的速率常数

k=1.0e6#假设的速率常数

#定义燃烧反应的微分方程

defflame_reaction(t,y):

y[0]=T(温度)

y[1]=Y_O2(氧气浓度)

y[2]=Y_CO2(二氧化碳浓度)

dydt=np.zeros(3)

dydt[0]=-k*y[1]#温度变化率

dydt[1]=-k*y[1]#氧气消耗率

dydt[2]=k*y[1]#二氧化碳生成率

returndydt

#初始条件

y0=[300,0.21,0]#初始温度300K，氧气浓度21%，二氧化碳浓度0

#时间跨度

t_span=(0,1)

#解微分方程

sol=solve_ivp(flame_reaction,t_span,y0)

#打印结果

print(温度随时间变化:,sol.y[0])

2

print(氧气浓度随时间变化:,sol.y[1])

print(二氧化碳浓度随时间变化:,sol.y[2])

注释：此示例简化了燃烧过程，仅考虑氧气和二氧化碳的反应，实际燃烧

模型会更复杂，包含多种反应物和产物。

1.3仿真软件操作指南

燃烧仿真软件通常提供图形用户界面，简化了模型设置和结果分析的过程。

以下是一个通用的仿真软件操作流程：

1.3.1几何建模

使用CAD工具创建燃烧室的几何模型，包括燃烧器、燃料喷嘴和排气口。

1.3.2网格划分

将几何模型划分为网格，网格的精细程度直接影响仿真结果的准确性。

1.3.3设置边界条件

定义入口的燃料和空气流速、温度和化学组成，以及出口的边界条件。

1.3.4选择燃烧模型

根据仿真目的选择合适的燃烧模型，如层流、湍流或详细化学反应模型。

1.3.5运行仿真

设置仿真参数，如时间步长和终止时间，然后启动仿真。

1.3.6分析结果

通过可视化工具查看温度、压力、浓度等参数的分布，分析燃烧过程的特

性。

1.3.7示例：使用OpenFOAM进行燃烧仿真

#1.几何建模和网格划分

blockMesh

#2.设置边界条件

editconstant/polyMesh/boundary

#3.选择燃烧模型

editsystem/fvSolution

3

editsystem/fvSchemes

editconstant/tr