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燃烧仿真.燃烧数值模拟方法：火焰面模型：燃烧仿真软件

介绍与应用

1燃烧仿真基础理论

1.1燃烧过程的物理化学基础

燃烧是一种复杂的物理化学过程，涉及到燃料与氧化剂的化学反应，同时

伴随着能量的释放和热力学状态的变化。在燃烧过程中，燃料分子与氧化剂分

子（通常是空气中的氧气）在适当的条件下（如温度、压力和浓度）发生化学

反应，生成新的化合物，如二氧化碳、水蒸气等，并释放出大量的热能。这一

过程可以被描述为：

燃料+氧化剂→产物+热能

1.1.1燃烧的化学反应

燃烧反应通常遵循Arrhenius定律，其速率与温度、反应物浓度和活化能有

关。反应速率方程可以表示为：

=xp−

其中，是反应速率，是频率因子，是活化能，是气体常数，是绝对

温度，和分别是燃料和氧化剂的浓度，和是它们的反应级数。

1.1.2燃烧的热力学分析

燃烧过程中的热力学分析包括焓变、熵变和吉布斯自由能变的计算，这些

参数可以帮助我们理解燃烧反应的自发性和能量转换效率。例如，焓变表示

反应过程中释放或吸收的热量，对于放热反应，为负值。

1.2火焰传播的基本概念

火焰传播是指燃烧反应在燃料和氧化剂混合物中的传播过程。这一过程受

到多种因素的影响，包括反应物的扩散、热量的传递和化学反应的速率。火焰

传播速度是描述火焰在混合物中移动快慢的重要参数，它受到燃料类型、混合

物浓度、温度和压力的影响。

1.2.1火焰传播速度

火焰传播速度可以通过实验测量或数值模拟来确定。在数值模拟中，火焰

传播速度可以通过求解反应扩散方程来计算，该方程描述了反应物浓度和温度

随时间和空间的变化。

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1.2.2火焰结构

火焰结构是指火焰内部的温度、压力和化学组成分布。火焰可以分为预热

区、反应区和燃烧产物区。预热区是燃料和氧化剂混合物被加热的区域，反应

区是化学反应发生的主要区域，燃烧产物区则是反应产物冷却的区域。

1.3火焰面模型的理论框架

火焰面模型是一种用于描述火焰传播的数值模拟方法，它假设火焰传播过

程可以简化为一个薄的火焰面，火焰面将未燃烧的混合物与燃烧产物分开。这

种方法在计算上相对简单，适用于模拟层流燃烧和某些湍流燃烧情况。

1.3.1火焰面的定义

在火焰面模型中，火焰面被定义为化学反应速率最大值所在的区域。火焰

面的厚度通常很小，可以忽略其内部的温度和浓度变化，从而简化计算。

1.3.2火焰面模型的数学描述

火焰面模型的数学描述基于反应扩散方程，该方程可以表示为：

∂

+∇⋅=∇⋅+

∂

其中，是第种物质的浓度，是流体速度，是扩散系数，是化学

反应源项。

1.3.3火焰面模型的数值实现

在数值实现中，火焰面模型通常采用有限体积法或有限差分法来求解上述