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燃烧仿真.燃烧应用案例：微重力燃烧：燃烧仿真软件介绍

1燃烧仿真基础

1.1燃烧理论概述

燃烧是一种复杂的物理化学过程，涉及燃料与氧化剂的化学反应，产生热

能和光能。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，并释放出大量的能量。燃烧理论主要研究燃烧的机理、动力学、

热力学和流体力学特性，以及燃烧过程中的污染物生成和控制。

1.1.1燃烧的类型

扩散燃烧：燃料和氧化剂在混合前是分开的，燃烧发生在它们接

触的界面。

预混燃烧：燃料和氧化剂在燃烧前已经充分混合，燃烧速度由化

学反应速率决定。

层流燃烧：在低流速条件下，燃烧过程是层流的，火焰稳定且可

预测。

湍流燃烧：在高流速条件下，燃烧过程是湍流的，火焰不稳定，

燃烧效率和污染物生成受湍流特性影响。

1.1.2燃烧的条件

燃烧需要满足三个基本条件：燃料、氧化剂和点火源。此外，燃烧过程还

受到温度、压力、燃料与氧化剂的比例、混合程度等因素的影响。

1.2燃烧仿真方法

燃烧仿真通常采用数值模拟方法，通过求解控制燃烧过程的物理化学方程

组来预测燃烧行为。这些方程组包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒

方程和化学反应方程。

1.2.1数值方法

有限差分法：将连续的物理域离散化为有限的网格点，用差分方

程近似连续方程。

有限体积法：将物理域划分为有限的控制体积，基于控制体积的

守恒原理求解方程。

有限元法：将物理域划分为有限的单元，基于单元的变形和应力

1

求解方程。

1.2.2化学反应模型

详细化学反应机理：考虑所有可能的化学反应路径，适用于研究

燃烧过程的详细机理。

简化化学反应机理：通过简化反应路径，减少计算量，适用于工

程应用。

EDC（EddyDissipationConcept）模型：用于湍流燃烧，假设湍流

尺度与化学反应尺度相互独立。

1.3燃烧仿真软件分类

燃烧仿真软件根据其功能和应用领域可以分为以下几类：

1.3.1商业软件

ANSYSFluent：广泛应用于工业燃烧仿真，提供多种燃烧模型和化

学反应机理。

STAR-CCM+：适用于复杂流场和燃烧过程的仿真，具有强大的网

格自适应和多物理场耦合能力。

1.3.2开源软件

OpenFOAM：基于有限体积法的开源CFD（ComputationalFluid

Dynamics）软件，支持多种燃烧模型。

Cantera：专注于化学反应动力学的开源软件，可以与多种CFD软

件集成，用于燃烧仿真。

1.3.3专业软件

CHEMKIN：专门用于化学反应动力学和燃烧过程的软件，提供详

细的化学反应机理和动力学分析。

FDS（FireDynamicsSimulator）：由美国国家标准与技术研究院

（NIST）开发，专门用于火灾和烟气流动的仿真。

1.3.4示例：使用OpenFOAM进行燃烧仿真

#下载OpenFOAM并安装

wget/download/openfoam-v2012.tgz

tar-xzfopenfoam-v2012.tgz

cdopenfoam-v2012

./Allwmake

#创建燃烧仿真案例

2

cd$FOAM_RUN/tutorials/compressible/turbulenceModels/LES/icoFoam

foamCloneCase-caseNamemyBurningCase

#配置燃烧模型

cdmyBurningCase

cp-r../constant../0