燃烧仿真与实验技术：燃烧噪声测量安全与操作规范教程.pdfVIP

燃烧仿真与实验技术：燃烧噪声测量安全与操作规范教程

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真原理与应用

1.1.1原理

燃烧仿真基于计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)和化学反

应动力学(ChemicalReactionKinetics)理论，通过数值方法求解燃烧过程中的流体

动力学方程和化学反应方程，以预测和分析燃烧现象。燃烧过程涉及复杂的物

理化学反应，包括燃料的氧化、热释放、火焰传播等，这些过程可以通过

Navier-Stokes方程和化学反应速率方程来描述。

1.1.2应用

燃烧仿真广泛应用于发动机设计、火灾安全、航空航天等领域，帮助工程

师和科学家理解燃烧机理，优化燃烧系统设计，预测燃烧产物，评估燃烧效率

和排放，以及研究燃烧过程中的噪声产生机制。

1.2燃烧仿真软件介绍与操作

1.2.1软件介绍

ANSYSFluent和STAR-CCM+是业界广泛使用的燃烧仿真软件，它们提供了

强大的流体动力学和化学反应模型，支持多种燃烧模型，如层流燃烧模型、湍

流燃烧模型、PDF模型(ProbabilityDensityFunction)等，能够处理复杂的燃烧环

境和反应。

1.2.2操作步骤

1.几何建模：使用CAD软件创建燃烧室的几何模型。

2.网格划分：在仿真软件中导入几何模型，进行网格划分，网格质

量直接影响仿真结果的准确性。

3.设置边界条件：定义入口、出口、壁面等边界条件，包括温度、

压力、速度和化学组分。

4.选择燃烧模型：根据燃烧特性选择合适的燃烧模型，如层流或湍

流燃烧。

5.求解设置：设置求解器参数，如时间步长、迭代次数等。

6.运行仿真：启动仿真，软件将自动求解流体动力学和化学反应方

1

程。

7.结果分析：分析仿真结果，包括温度分布、压力变化、化学组分

浓度、燃烧效率等。

1.2.3示例代码

以下是一个使用Python和OpenFOAM进行简单燃烧仿真设置的示例代码。

OpenFOAM是一个开源的CFD软件包，支持多种燃烧模型。

#导入必要的库

importos

#设置工作目录

os.chdir(/path/to/your/case)

#定义边界条件

withopen(0/U,w)asf:

f.write(

(

(inlet{000;000}uniform(000))

(outlet{000;000}uniform(000))

(walls{000;000}uniform(000))

(internalField{000;000}uniform(000))

);

)

#设置化学反应模型

withopen(constant/reactingProperties,w)asf:

f.write(

chemicalModelsimple;

transportModelconstant;

thermodynamicsModelconstant;

radiationModelnone;

sootModelnone;

)

#设置燃料和氧化剂

withopen(0/specie,w)asf:

f.write(

(

(fuel{000;000}uniform0.1)

(oxygen{000;000}uniform0.9)

);

)

2

#运行仿真

os.system(foamJobsimpleFoam)

1.2.4解释

此代码示例展示了如何使用Python脚本来设置OpenFOAM中的基本燃烧

仿真参数。首先，通过os.chdir设置工作目录，然后使用withopen语句来写入

边界条件、化学反应模型和燃料/氧化剂的初始浓度。最后，通过