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燃烧仿真技术教程：燃烧污染物控制新技术在汽车发动机

中的应用

1燃烧仿真基础

1.1燃烧理论与化学反应机理

1.1.1原理

燃烧是一种化学反应过程，通常涉及燃料与氧气的反应，产生热能和光能。

在汽车发动机中，燃烧过程是能量转换的关键，直接影响发动机的性能和排放。

燃烧理论研究燃烧的物理和化学过程，包括燃料的氧化、热解、扩散和混合等。

化学反应机理则详细描述了燃烧过程中涉及的化学反应路径和速率，是建立准

确燃烧模型的基础。

1.1.2内容

燃料的化学组成：燃料（如汽油、柴油）由碳、氢、氧、氮等元

素组成，其化学组成决定了燃烧产物和排放特性。

化学反应路径：燃烧过程中，燃料分子分解，与氧气反应生成二

氧化碳、水蒸气等，这一系列反应的路径和速率是化学反应机理的核心。

反应动力学：研究反应速率与温度、压力、反应物浓度之间的关

系，是优化燃烧过程的关键。

1.2燃烧仿真软件介绍与选择

1.2.1原理

燃烧仿真软件利用数值方法求解燃烧过程中的物理和化学方程，包括流体

力学方程、能量方程、质量守恒方程和化学反应方程。通过这些软件，工程师

可以模拟燃烧过程，预测燃烧效率、排放和热力学性能，从而优化发动机设计。

1.2.2内容

软件分类：常见的燃烧仿真软件有商业软件（如STAR-CCM+、AVL

FIRE）和开源软件（如OpenFOAM、Cantera）。

选择依据：选择软件时应考虑其物理模型的准确性、化学反应机

理的丰富性、计算效率和成本。

案例分析：以STAR-CCM+为例，介绍其在汽车发动机燃烧仿真中

1

的应用。

1.3燃烧仿真模型建立流程

1.3.1原理

建立燃烧仿真模型需要将实际燃烧过程抽象为数学模型，通过数值方法求

解。模型的建立流程包括定义几何结构、设置物理和化学边界条件、选择求解

算法和验证模型准确性。

1.3.2内容

1.定义几何结构：使用CAD软件创建发动机燃烧室的三维模型。

2.设置边界条件：

o物理条件：包括初始温度、压力、燃料和空气的混合比等。

o化学条件：选择合适的化学反应机理，定义燃料的化学组

成。

3.选择求解算法：根据问题的复杂性选择合适的数值方法，如有限

体积法、有限元法等。

4.模型验证：通过实验数据或已知结果对比，验证模型的准确性和

可靠性。

1.3.3示例

假设我们使用OpenFOAM进行燃烧仿真，下面是一个简单的模型建立流程

示例：

#定义几何结构

#使用OpenFOAM自带的blockMesh工具生成网格

$FOAM_RUNblockMesh

#设置边界条件

#在constant/polyMesh文件夹中定义几何结构

#在0文件夹中设置初始条件，如温度和压力

#在constant/transportProperties中定义燃料和空气的物理属性

#在constant/reactingProperties中选择化学反应机理

#选择求解算法

#在system文件夹中，通过fvSchemes和fvSolution文件配置数值方法和求解器参数

#运行仿真

#使用OpenFOAM的reactingMultiphaseFoam求解器进行仿真

$FOAM_RUNreactingMultiphaseFoam

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#验证模型

#通过postProcessing工具分析仿真结果，与实验数据对比验证模型准确性

在上述示例中，我们首先使用blockMesh工具生成网格，然后在不同的文

件夹中设置物理和化学边界条件。通过reactingMultiphaseFoam求解器运行仿

真，最后使用postProcessing工具分析结果，确保模型的准确性。

2汽车发动机燃烧仿真技术

2.1subdir2.1:发动机燃烧室几何建模

在