燃烧仿真.湍流燃烧模型：湍流-化学反应相互作用：燃烧仿真软件介绍与应用.pdfVIP

燃烧仿真.湍流燃烧模型：湍流-化学反应相互作用：燃烧仿

真软件介绍与应用

1燃烧仿真基础理论

1.1燃烧学基本概念

燃烧是一种快速的氧化反应，通常伴随着光和热的释放。在燃烧过程中，

燃料与氧气反应，生成一系列的产物，如二氧化碳、水蒸气等。燃烧学研究燃

烧的物理和化学过程，包括燃烧的机理、火焰的传播、燃烧效率以及燃烧产物

的分析。

1.1.1燃烧的类型

扩散燃烧：燃料和氧化剂在燃烧前是分开的，燃烧发生在它们混

合的界面。

预混燃烧：燃料和氧化剂在燃烧前已经充分混合，燃烧过程迅速

且温度高。

层流燃烧：燃烧在层流条件下进行，火焰传播速度稳定。

湍流燃烧：燃烧在湍流条件下进行，火焰传播速度和燃烧效率受

到湍流的影响。

1.2湍流理论简介

湍流是一种流体运动状态，其特征是流体的运动轨迹不规则，速度和压力

随时间和空间快速变化。湍流理论研究湍流的特性、湍流的形成机制以及湍流

对流体动力学的影响。

1.2.1湍流的基本参数

湍流强度：描述湍流波动的大小，通常用速度波动的均方根值与

平均速度的比值来表示。

湍流尺度：描述湍流结构的大小，包括能量尺度、混合尺度等。

湍流耗散率：描述湍流能量的耗散速度，是湍流模型中的重要参

数。

1.2.2湍流模型

湍流模型用于描述和预测湍流的特性，常见的湍流模型包括：

RANS模型（Reynolds-AveragedNavier-Stokes）：通过时间平均

Navier-Stokes方程来描述湍流的平均行为。

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LES模型（LargeEddySimulation）：直接模拟大尺度湍流，而小尺

度湍流通过亚网格模型来描述。

DNS模型（DirectNumericalSimulation）：直接数值模拟所有尺度

的湍流，计算量极大，适用于研究湍流的基本特性。

1.3湍流-化学反应相互作用原理

在燃烧仿真中，湍流和化学反应的相互作用是关键。湍流可以加速燃料和

氧化剂的混合，从而影响燃烧速率和燃烧效率。同时，化学反应释放的热量可

以影响湍流的特性，如温度分布和湍流强度。

1.3.1湍流对燃烧的影响

混合增强：湍流可以加速燃料和氧化剂的混合，从而提高燃烧速

率。

火焰稳定：湍流可以稳定火焰，防止火焰熄灭。

燃烧效率：湍流可以提高燃烧效率，减少未燃烧的燃料。

1.3.2化学反应对湍流的影响

温度分布：化学反应释放的热量可以改变流体的温度分布，从而

影响湍流的特性。

湍流强度：化学反应释放的热量可以增加湍流强度，进一步加速

燃料和氧化剂的混合。

1.3.3模型示例：RANS模型与k-ε湍流模型

在RANS模型中，通常使用k-ε湍流模型来描述湍流的特性。k-ε模型基于

湍流能量k和湍流耗散率ε的方程组，可以预测湍流的平均速度、湍流强度和

湍流尺度。

k-ε湍流模型方程

∂∂∂∂

+=++−

∂∂∂∂

∂∂∂∂

+=++−

∂∂∂∂