燃烧仿真.湍流燃烧模型：湍流燃烧理论：湍流燃烧模型概论.pdfVIP

燃烧仿真.湍流燃烧模型：湍流燃烧理论：湍流燃烧模型概

论

1燃烧基础理论

1.1燃烧的定义与分类

燃烧是一种化学反应过程，通常涉及燃料与氧气的快速氧化反应，产生热

能和光能。燃烧可以分为以下几类：

均相燃烧：燃料和氧化剂在分子水平上完全混合，如气体燃烧。

非均相燃烧：燃料和氧化剂在不同相态下反应，如液体燃料或固

体燃料的燃烧。

扩散燃烧：燃料和氧化剂通过扩散混合，然后燃烧。

预混燃烧：燃料和氧化剂在燃烧前已经完全混合。

1.2燃烧反应动力学

燃烧反应动力学研究燃烧反应的速率和机制。在燃烧过程中，化学反应速

率受多种因素影响，包括温度、压力、反应物浓度和催化剂的存在。动力学模

型通常包括一系列基元反应，每个反应都有其特定的反应速率常数。

1.2.1示例：Arrhenius定律

Arrhenius定律描述了化学反应速率与温度的关系。公式如下：

−

=exp

其中：-是反应速率常数。-是频率因子，表示分子碰撞的频率。-

是活化能，表示反应开始所需的最小能量。-是理想气体常数。-是绝对温

度。

Python代码示例

importnumpyasnp

importmatplotlib.pyplotasplt

#定义Arrhenius定律函数

defarrhenius_law(T,A,Ea,R=8.314):

计算给定温度下的反应速率常数。

1

参数:

T:温度(K)

A:频率因子(s^-1)

Ea:活化能(J/mol)

R:理想气体常数(J/(mol*K))

返回:

k:反应速率常数(s^-1)

k=A*np.exp(-Ea/(R*T))

returnk

#参数设定

A=1e10#频率因子

Ea=100000#活化能

#温度范围

T=np.linspace(300,1500,100)

#计算反应速率常数

k=arrhenius_law(T,A,Ea)

#绘制反应速率常数与温度的关系图

plt.figure(figsize=(10,5))

plt.plot(T,k,label=ArrheniusLaw)

plt.xlabel(Temperature(K))

plt.ylabel(ReactionRateConstant(s^-1))

plt.title(ArrheniusLaw:ReactionRateConstantvsTemperature)

plt.legend()

plt.show()

1.3火焰传播理论

火焰传播理论研究火焰如何在可燃混合物中传播。火焰传播速度受燃料类

型、混合物的初始条件（如温度和压力）以及火焰结构的影响。火焰可以分为

层流火焰和湍流火焰，其中湍流火焰的传播更为复杂，受到湍流流动的影响。

1.3.1示例：层流火焰传播速度计算

层流火焰传播速度可以通过Stefan-Maxwell扩散理论和燃烧反应动力学结

合计算得出。这里我们使用一个简化的模型来估算层流火焰传播速度。

2

Python代码示例

importnumpyasnp

#定义层流火焰传播速度函数

deflaminar_flame_speed(D,k,c,rho):

计算层流火焰传播速度。

参数:

D:扩散系数(m^2/s)

k:反应速率常数(s^-1)

c:燃料浓度(mol/m^3)

rho:混合物密度(kg/m^3)

返回:

s:层流火焰传播速度(m/s)