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燃烧仿真.湍流燃烧模型：湍流-化学反应相互作用：燃烧仿

真边界条件设置

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真概述

燃烧仿真是一种利用数值方法和物理模型来预测和分析燃烧过程的技术。

它涵盖了从简单的层流燃烧到复杂的湍流燃烧的各种情况。在燃烧仿真中，关

键的物理现象包括热量传递、质量传递、化学反应动力学以及流体动力学。这

些现象相互作用，决定了燃烧的效率、污染物的生成以及火焰的稳定性。

1.1.1层流与湍流燃烧的区别

层流燃烧：在低雷诺数条件下，流体流动平稳，没有涡旋或混合，

化学反应在稳定的流体层中进行。

湍流燃烧：在高雷诺数条件下，流体流动不规则，存在大量的涡

旋和混合，化学反应在高度不均匀的湍流环境中进行，这增加了燃烧的

复杂性和不确定性。

1.1.2燃烧仿真中的关键挑战

化学反应动力学：需要准确模拟复杂的化学反应网络，这可能涉

及数百种化学物质和数千个反应。

湍流模型：选择合适的湍流模型来描述湍流对燃烧的影响，常见

的模型包括k-ε模型、k-ω模型和雷诺应力模型。

网格分辨率：为了捕捉湍流和化学反应的细节，需要高分辨率的

网格，这可能增加计算成本。

边界条件：正确设置边界条件对于模拟燃烧过程至关重要，包括

入口、出口、壁面和初始条件。

1.2湍流燃烧模型简介

湍流燃烧模型是燃烧仿真中用于描述湍流与化学反应相互作用的数学模型。

这些模型试图在计算效率和预测准确性之间找到平衡点。常见的湍流燃烧模型

包括：

EDC模型（EddyDissipationConcept）：假设湍流涡旋迅速耗散化

学反应所需的能量，从而促进燃烧。

PDF模型（ProbabilityDensityFunction）：基于概率密度函数来描

述湍流环境中化学反应的不确定性。

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LES模型（LargeEddySimulation）：直接模拟大尺度湍流结构，而

小尺度湍流通过亚网格模型来处理。

1.2.1示例：使用OpenFOAM进行湍流燃烧仿真

#设置湍流模型

turbulenceModelkOmegaSST;

#设置化学反应模型

thermoType

{

typereactingMultiphaseMixture;

transportlaminar;

thermodynamicsHThermo;

equationOfStateperfectGas;

speciespecie;

energysensibleInternalEnergy;

}

设置湍流化学反应相互作用模型

#-

turbulenceChemistryModellaminar;

#设置边界条件

boundaryField

{

inlet

{

typefixedValue;

valueuniform(10000);//入口速度

}

outlet

{

typezeroGradient;

}

walls

{

typefixedValue;

valueuniform(000);//壁面速度

}

}

在上述示例中，我们使用OpenFOAM的kOmegaSST湍流模型，并选择了

reactingMultiphaseMixture作为化学反应模型。边界条件被设置为入口速度为

100m/s，出口为零梯度，壁面速度为零。

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1.3湍流-化学反应相互作用原理

湍流-化学反应相互作用是指湍流对化学反应速率和分布的影响，以及化学

反应对湍流结构的反馈。在湍流环境中，化学反应速率受到混合效率的影响，

而混合效率又取决于湍流强度和尺度。化学反应释放的热量可以改变流体的温

度和密度，从而影响湍流的结构。

1.3.1湍流对化学反应的影响