燃烧仿真与实验技术：燃烧噪声测量的实验设计与数据采集教程.pdfVIP

燃烧仿真与实验技术：燃烧噪声测量的实验设计与数据采

集教程

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真原理与应用

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，通过数值方法求解燃烧反应中的物理和

化学方程。燃烧仿真可以应用于多个领域，包括但不限于：

发动机设计：预测燃烧效率，减少排放，优化性能。

火灾安全：模拟火灾场景，评估火灾风险，设计防火措施。

化工过程：优化反应器设计，提高生产效率，确保安全操作。

1.1.1原理

燃烧仿真通常涉及以下步骤：

1.建立物理模型：定义燃烧区域的几何形状，包括燃烧室、管道等。

2.设定边界条件：如入口的燃料和空气流量、温度和压力，出口的

边界条件等。

3.选择燃烧模型：根据燃烧类型（如扩散燃烧、预混燃烧）选择合

适的化学反应模型。

4.求解方程：使用数值方法求解质量、动量、能量和物种守恒方程。

5.后处理与分析：分析仿真结果，如温度分布、压力波动、污染物

生成等。

1.2燃烧模型的选择与建立

燃烧模型是燃烧仿真中的核心部分，它描述了燃料与氧化剂之间的化学反

应过程。选择合适的燃烧模型对于准确预测燃烧行为至关重要。

1.2.1扩散燃烧模型

扩散燃烧模型适用于燃料和氧化剂在燃烧前没有充分混合的情况。例如，

在柴油发动机中，燃料喷射到燃烧室后与空气混合并燃烧。

#示例：使用Cantera库建立扩散燃烧模型

importcanteraasct

#创建气体对象

gas=ct.Solution(gri30.xml)

1

#设置初始条件

gas.TPX=300,ct.one_atm,CH4:1,O2:2,N2:7.56

#创建燃烧器对象

burner=ct.IdealGasFlow(gas)

#设置燃烧器边界条件

burner.set_inlet(1,gas)

#运行仿真

fortinrange(0,100,1):

burner.advance(t)

1.2.2预混燃烧模型

预混燃烧模型适用于燃料和氧化剂在燃烧前已经充分混合的情况，如在天

然气燃烧器中。

#示例：使用Cantera库建立预混燃烧模型

importcanteraasct

#创建气体对象

gas=ct.Solution(gri30.xml)

#设置初始条件

gas.TPX=300,ct.one_atm,CH4:1,O2:2,N2:7.56

#创建预混燃烧器对象

premix_burner=ct.IdealGasConstPressureReactor(gas)

#设置燃烧器边界条件

premix_burner.volume=1.0

#运行仿真

fortinrange(0,100,1):

premix_burner.advance(t)

1.3仿真软件操作与案例分析

1.3.1软件操作

常用的燃烧仿真软件包括：

AnsysFluent

2

STAR-CCM+

Cantera

这些软件提供了图形用户界面和强大的后处理工具，使用户能够轻松设置

仿真参数并分析结果。

1.3.2案例分析

案例：发动机燃烧室仿真

目标：优化燃烧室设计，提高燃烧效率，减少排放。

方法：使用AnsysFluent进行三维流体动力学仿真，结合预混燃

烧模型。

结果：通过分析燃烧室内的温度、压力和污染物分布，设计出更

高效的燃烧室结构。

#示例：使用AnsysFluentAPI进行仿真设置

importansys.fluent.coreaspyfluent

#创建Fluent会话

fluent=pyfluent.launch_fluent(precision=double,pro