燃烧仿真.湍流燃烧模型：多尺度湍流燃烧：火焰传播理论与模拟.pdf

燃烧仿真.湍流燃烧模型：多尺度湍流燃烧：火焰传播理论

与模拟

1燃烧基础理论

1.1燃烧化学反应基础

燃烧是一种化学反应，通常涉及燃料和氧气的快速氧化。在燃烧过程中，

燃料分子与氧气分子反应，生成二氧化碳、水蒸气和其他产物，同时释放出大

量的能量。燃烧反应的速率受多种因素影响，包括温度、压力、燃料和氧化剂

的浓度以及反应物的物理状态。

1.1.1详细内容

燃烧反应类型：燃烧反应可以是均相的，也可以是多相的。均相

燃烧发生在气体或液体燃料中，而多相燃烧通常涉及固体燃料。

燃烧反应动力学：燃烧反应遵循化学动力学原理，反应速率可以

用阿伦尼乌斯方程描述，该方程考虑了活化能、频率因子和温度的影响。

燃烧反应的热力学：燃烧反应的热力学性质，如焓变和熵变，决

定了反应的自发性和能量释放。

1.2火焰传播基本原理

火焰传播是指燃烧反应在燃料-氧化剂混合物中的传播过程。火焰传播速度

受火焰结构、燃料性质、混合物的初始条件和环境条件的影响。

1.2.1详细内容

火焰结构：火焰通常由预热区、反应区和燃烧产物区组成。预热

区加热混合物，反应区发生燃烧反应，燃烧产物区包含反应后的产物。

层流火焰传播：在层流条件下，火焰传播速度相对稳定，主要由

化学反应速率决定。

湍流火焰传播：在湍流条件下，火焰传播速度受到湍流混合和扩

散的影响，导致火焰传播速度的增加。

1.3湍流燃烧简介

湍流燃烧是燃烧科学中的一个重要领域，研究在湍流条件下燃烧反应的特

性。湍流燃烧模型用于预测和模拟实际燃烧过程，如发动机燃烧和火灾场景。

1

1.3.1详细内容

湍流燃烧模型：包括EddyDissipationModel(EDM)、Progress

VariableModel(PVM)和FlameletModel等，这些模型考虑了湍流对燃烧

反应的影响。

湍流燃烧的数值模拟：使用计算流体动力学(CFD)软件，如

OpenFOAM，进行湍流燃烧的数值模拟，可以预测火焰的传播速度、温

度分布和污染物生成。

1.3.2示例：使用OpenFOAM进行层流火焰传播模拟

#下载OpenFOAM并安装

wget/download/openfoam-v2012.tgz

tar-xzfopenfoam-v2012.tgz

cdOpenFOAM-v2012

./Allwmake

#创建案例目录

cd$FOAM_RUN

foamNewCase-caseNamelaminarFlame

#设置案例参数

cdlaminarFlame

cp-r$FOAM_TUTORIALS/laminarFlame/*.

editDictconstant/polyMesh/boundary

editDictconstant/thermophysicalProperties

editDictsystem/fvSchemes

editDictsystem/fvSolution

#运行模拟

foamJoblaminarFlame

#查看结果

paraFoam-caselaminarFlame

在这个例子中，我们使用OpenFOAM创建了一个层流火焰传播的案例，并

设置了相关的物理和数值参数。通过运行foamJob命令，我们可以进行模拟，

最后使用paraFoam工具查看模拟结果，包括火焰的传播速度和温度分布。

1.3.3结论

通过理解燃烧化学反应基础、火焰传播基本原理和湍流燃烧的特性，我们

可以更准确地预测和控制燃烧过程，这对于提高燃烧效率、减少污染物排放和

设计更安全的燃烧设备至关重要。

2

2多尺度湍流燃烧模型

2.1大涡模拟LES基础

2.1.1原理

大涡模拟（LargeEddySimulation,LES）是一种用于模拟湍流流动的数值方

法，它通过直接求解大尺度涡旋的运动方程，而对小尺度涡旋采用亚格子模型

来模拟。LES的核心在于尺