燃烧仿真.湍流燃烧模型：燃烧室内湍流燃烧：燃烧仿真软件操作与实践.pdf

燃烧仿真.湍流燃烧模型：燃烧室内湍流燃烧：燃烧仿真软

件操作与实践

1燃烧仿真基础理论

1.1燃烧学基础

燃烧学是研究燃料与氧化剂在一定条件下反应产生热能和光能的科学。在

燃烧过程中，燃料分子与氧化剂分子（通常是空气中的氧气）发生化学反应，

释放出能量。这一过程在宏观上表现为火焰，而在微观上则涉及复杂的化学动

力学和流体力学现象。

1.1.1化学反应动力学

化学反应动力学研究反应速率以及影响反应速率的因素。在燃烧过程中，

反应速率受到温度、压力、反应物浓度和催化剂的影响。例如，温度升高会增

加分子的平均动能，从而提高反应速率。

1.1.2扩散与混合

燃烧效率不仅取决于化学反应速率，还取决于燃料与氧化剂的混合程度。

在燃烧室内，燃料与空气的混合是通过扩散和湍流实现的。良好的混合可以确

保燃料完全燃烧，减少污染物的生成。

1.2湍流燃烧模型概览

湍流燃烧模型是用于描述和预测燃烧室内湍流条件下燃烧过程的数学模型。

湍流的存在使得燃烧过程变得复杂，因为湍流会加速燃料与氧化剂的混合，同

时也会导致反应区域的不均匀分布。

1.2.1湍流模型分类

湍流燃烧模型可以分为以下几类：

层流火焰模型：适用于低湍流强度的燃烧过程，假设火焰传播为

层流状态。

湍流火焰传播模型：考虑湍流对火焰传播速度的影响，如PDF

（ProbabilityDensityFunction）模型。

湍流混合模型：关注燃料与氧化剂的湍流混合，如k-ε模型和

LES（LargeEddySimulation）模型。

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1.2.2模型选择

选择合适的湍流燃烧模型对于准确预测燃烧过程至关重要。模型的选择应

基于燃烧室的几何结构、操作条件以及所需的预测精度。

1.3湍流与燃烧的相互作用

湍流与燃烧之间的相互作用是燃烧仿真中的关键问题。湍流可以加速燃烧

过程，但也可能导致燃烧不稳定，产生噪声和振动。

1.3.1湍流对燃烧的影响

加速混合：湍流通过增加燃料与氧化剂的接触面积，加速了它们

的混合，从而提高了燃烧速率。

火焰结构变化：湍流可以导致火焰结构的扭曲和拉伸，影响燃烧

的稳定性和效率。

1.3.2燃烧对湍流的影响

热释放：燃烧过程中释放的热量可以改变流体的密度和粘度，从

而影响湍流的特性。

化学反应：化学反应产生的热量和物质可以改变湍流的结构，如

形成热点或冷点，影响湍流的分布。

1.4示例：使用OpenFOAM进行燃烧仿真

1.4.1环境准备

确保安装了OpenFOAM，这是一个开源的CFD（ComputationalFluid

Dynamics）软件包，广泛用于燃烧仿真。

#检查OpenFOAM安装

foamInfo

1.4.2模型设置

以k-ε湍流模型为例，设置燃烧室的湍流燃烧模型。

#编辑湍流模型设置文件

viconstant/turbulenceProperties

设置模型

#k-ε

transportModellaminar;

turbulenceModelkEpsilon;

2

1.4.3燃烧模型设置

在constant目录下，编辑thermophysicalProperties文件，设置燃烧模型。

#编辑燃烧模型设置文件

viconstant/thermophysicalProperties

#设置燃烧模型为EddyDissipationModel(EDM)

thermoModelhePsiThermo;

equationOfStateperfectGas;

thermoTypehPolynomial;

transportModelconst;

thermodynamicsModelgasH;

thermoPath$FOAM_RUN/tutorials/combustion/simpleFoam/adiabatic;

speciespecie;

energ