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燃烧仿真与实验技术：燃烧噪声测量的基本原理

1燃烧仿真概述

1.1燃烧仿真的基本概念

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。它基于流

体力学、热力学、化学动力学等原理，通过数值方法求解描述燃烧过程的偏微

分方程组。燃烧仿真可以分为三个主要层次：微观层、宏观层和系统层。微观

层关注燃料分子的化学反应；宏观层关注燃烧过程中的流体动力学现象；系统

层则关注整个燃烧系统的性能和效率。

1.1.1示例：燃烧反应方程

假设我们有一个简单的燃烧反应，如甲烷（CH4）在氧气（O2）中的燃烧，

可以表示为：

CH4+2O2-CO2+2H2O

在燃烧仿真中，这个反应会被转化为一系列化学动力学方程，用于计算反

应速率和产物分布。

1.2燃烧仿真在工程中的应用

燃烧仿真广泛应用于各种工程领域，包括航空发动机设计、汽车内燃机优

化、燃烧器性能评估、火灾安全分析等。通过燃烧仿真，工程师可以预测燃烧

过程中的温度、压力、速度和化学组分分布，从而优化燃烧设备的设计，提高

燃烧效率，减少污染物排放。

1.2.1示例：CFD（计算流体动力学）在燃烧仿真中的应用

在燃烧仿真中，计算流体动力学（CFD）是核心工具之一。它通过求解

Navier-Stokes方程来模拟流体的运动。下面是一个使用OpenFOAM进行燃烧仿

真的一般步骤：

1.网格生成：使用blockMesh工具生成计算网格。

2.边界条件设置：定义入口、出口和壁面的边界条件。

3.物理模型选择：选择合适的湍流模型、燃烧模型和辐射模型。

4.求解器运行：使用如simpleFoam或combustionFoam等求解器进

行计算。

5.结果后处理：使用paraFoam或foamToVTK工具进行结果可视化。

1

1.2.2示例代码：OpenFOAM中的简单燃烧仿真设置

#网格生成

blockMeshDict

{

convertToMeters1;

vertices

(

(000)

(100)

(110)

(010)

(001)

(101)

(111)

(011)

);

blocks

(

hex(01234567)(101010)simpleGrading(111)

);

edges

(

);

boundary

(

inlet

{

typepatch;

faces

(

(0154)

);

}

outlet

{

typepatch;

faces

(

2

(2376)

);

}

walls

{

typewall;

faces

(

(0321)

(4765)

(0473)

);

}

);

mergePatchPairs

(

);

}

这段代码定义了一个简单的立方体网格，其中inlet是入口边界，outlet是

出口边界，walls是壁面边界。在实际应用中，还需要定义边界条件、选择物理

模型和运行求解器。

1.3燃烧仿真软件介绍

燃烧仿真软件通常基于CFD技术，能够处理复杂的燃烧过程。市场上有多

种燃烧仿真软件，包括：

ANSYSFluent：广泛应用于工业燃烧仿真，提供多种燃烧模型和后

处理工具。

STAR-CCM+：适用于