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燃烧仿真技术教程：燃烧污染物控制新技术与实验验证

1燃烧仿真基础

1.1燃烧化学反应原理

燃烧是一种化学反应过程，通常涉及燃料与氧气的反应，产生热能和光能。

在燃烧仿真中，理解燃烧化学反应原理至关重要，因为它直接影响燃烧过程的

模拟准确性。燃烧反应可以是简单的，如甲烷与氧气的反应：

CH+2O→CO+2HO

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也可以是复杂的，涉及多个反应步骤和中间产物。例如，在柴油燃烧中，

碳氢化合物的氧化可能涉及数百种不同的化学物种和数千个反应。

1.1.1示例：燃烧反应网络

在实际的燃烧仿真中，使用化学反应网络来描述复杂的燃烧过程。下面是

一个简化的燃烧反应网络示例，用于说明如何在仿真软件中定义反应：

#定义化学反应网络

reactions=[

{equation:CH4+2O2-CO2+2H2O,rate:1.0e6},

{equation:H2O-H+OH,rate:1.0e3},

{equation:H+O2-OH+O,rate:1.0e4},

{equation:OH+CH4-H2O+CH3,rate:1.0e5},

{equation:CH3+O2-CH2O+O,rate:1.0e7},

{equation:CH2O-CO+H2,rate:1.0e8}

]

#初始化反应网络

reaction_network=ReactionNetwork(reactions)

#设置初始条件

initial_conditions={CH4:1.0,O2:2.0,H2O:0.0,OH:0.0,H:0.0,O:0.0,CH3:0.0,CH2O:

0.0,CO:0.0,H2:0.0}

#运行仿真

results=reaction_network.simulate(initial_conditions,time=1.0)

在这个示例中，我们定义了一个包含六个反应的化学反应网络，并设置了

初始条件。然后，我们运行仿真，得到在1秒后各化学物种的浓度。

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1.2燃烧仿真软件介绍

燃烧仿真软件是用于模拟燃烧过程的工具，它们基于物理和化学原理，可

以预测燃烧的温度、压力、化学物种浓度等关键参数。常见的燃烧仿真软件包

括：

OpenFOAM：一个开源的计算流体动力学（CFD）软件包，广泛用

于燃烧、传热和流体流动的仿真。

CONVERGE：一个专门用于内燃机和燃烧过程仿真的商业软件，

具有自动网格生成和详细化学反应模型。

STAR-CCM+：一个通用的CFD软件，适用于多种工程应用，包括

燃烧仿真。

1.2.1示例：使用OpenFOAM进行燃烧仿真

下面是一个使用OpenFOAM进行燃烧仿真的基本步骤示例：

1.准备几何模型：使用CAD软件创建燃烧室的几何模型。

2.网格划分：使用OpenFOAM的blockMesh工具划分网格。

3.设置边界条件：定义入口、出口和壁面的边界条件。

4.选择燃烧模型：根据燃料类型和燃烧过程选择合适的燃烧模型，

如laminar、turbulent或chemicallyReacting。

5.运行仿真：使用simpleFoam或reactingFoam等求解器运行仿真。

6.后处理：使用paraFoam或foamToVTK等工具进行结果可视化。

#划分网格

blockMesh

#检查网格质量

checkMesh

#运行燃烧仿真

reactingFoam

#可视化结果

paraFoam

在这个示例中，我们使用OpenFOAM的命令行工具来执行网格划分、仿真

运行和结果可视化。

1.3网格划分与边界条件设置

网格划分是燃烧仿真中的关键步骤，它决定了计算的精度和效率。边界条

件的设置则直接