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燃烧仿真技术教程：内燃机燃烧边界条件设置

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真概述

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。它通过数

值方法求解流体力学、热力学、化学动力学等方程，来模拟燃烧室内燃料与空

气的混合、点火、燃烧以及燃烧产物的生成和排放等过程。燃烧仿真在内燃机

设计、燃烧效率优化、排放控制等领域发挥着重要作用。

1.1.1内燃机燃烧过程解析

内燃机的燃烧过程可以分为几个关键阶段：初始阶段（燃料喷射和混合）、

点火阶段（火花点火或压缩点火）、燃烧阶段（火焰传播）和终燃阶段（燃烧产

物的冷却和排放）。每个阶段都涉及复杂的物理和化学过程，如燃料的蒸发、氧

化、热解和化学反应等。

1.1.2仿真软件介绍与选择

选择燃烧仿真软件时，应考虑软件的计算能力、模型的准确性、用户界面

的友好性以及后处理功能的丰富性。常见的燃烧仿真软件包括：

AVLFire：适用于内燃机、涡轮机和燃烧室的仿真，提供详细的化

学反应模型。

CONVERGE：采用笛卡尔网格技术，自动适应复杂的几何形状，

适合模拟内燃机的燃烧过程。

STAR-CCM+：通用的CFD软件，具有强大的网格生成和后处理功

能，适用于多种燃烧应用。

1.2示例：使用CONVERGE进行内燃机燃烧仿真

1.2.1准备工作

1.几何模型：使用CAD软件创建内燃机燃烧室的几何模型。

2.网格生成：CONVERGE采用自适应笛卡尔网格，无需手动生成网

格。

3.边界条件设置：定义入口、出口、壁面等边界条件。

4.物理模型选择：选择合适的湍流模型、燃烧模型和化学反应模型。

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1.2.2设置边界条件

在CONVERGE中，边界条件的设置是通过编辑输入文件（.dat文件）来完

成的。以下是一个简单的边界条件设置示例：

#设置入口边界条件

boundary{

name=inlet;

type=inlet;

velocity={10.0m/s};

temperature=300K;

pressure=101325Pa;

species={air:1};

}

#设置出口边界条件

boundary{

name=outlet;

type=outlet;

pressure=101325Pa;

}

#设置壁面边界条件

boundary{

name=wall;

type=wall;

temperature=350K;

heat_transfer=adiabatic;

}

1.2.3物理模型选择

在CONVERGE中，物理模型的选择同样是在输入文件中进行的。以下是一

个物理模型选择的示例：

#选择湍流模型

model{

turbulence=k-epsilon;

}

#选择燃烧模型

model{

combustion=premixed;

}

#选择化学反应模型

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model{

chemistry=detailed;

mechanism=gri30.cti;

}

1.2.4运行仿真

在设置好边界条件和物理模型后，可以使用CONVERGE的命令行界面来运

行仿真：

#运行CONVERGE仿真

convergeinput.dat

1.2.5后处理

仿真完成后，可以使用CONVERGE的后处理工具来分析结果，如温度分布、

压力分布、化学物种浓度等。

#启动CONVERGE后处理工具

converge-postinput.dat

通过上述步骤，可以使用CONVERGE软件进行内燃机燃烧仿真的基本设置

和运行。这仅为一个简化的示例，实际应用中可能需要更复杂的模型和更详细

的边界条件设置。

2燃烧边界条件设置

2.1燃烧室几何结构定义

在进行内燃机燃烧仿真时，首先需要定义燃烧室的几何结构。这包括燃烧

室的形状、尺寸以及任何内部结构，如活塞、