燃烧仿真.湍流燃烧模型：共轭燃烧模型：湍流燃烧模型的物理机制.pdf

燃烧仿真.湍流燃烧模型：共轭燃烧模型：湍流燃烧模型的

物理机制

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中，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。在动力学模型中，燃烧过程

被分解为一系列基元反应，每个反应都有其特定的反应速率常数。这些反应可

以是：

链引发：生成自由基，启动燃烧过程。

链传播：自由基与燃料分子反应，生成新的自由基。

链终止：自由基相互反应或与非反应性分子反应，消耗自由基。

1.2.1示例：氢气燃烧的基元反应

氢气和氧气的燃烧可以简化为以下基元反应：

→

1.2++(链引发)

2.+→(链传播)

22

3.+→+(链传播)

2

4.2→(链终止)

22

1.3燃烧热力学基础

燃烧热力学研究燃烧过程中的能量转换和平衡。热力学第一定律（能量守

恒定律）和第二定律（熵增定律）是分析燃烧过程的关键。在燃烧过程中，化

学能转换为热能，同时系统的熵增加。

1

1.3.1示例：计算燃烧反应的焓变

焓变（）是衡量化学反应中能量释放或吸收的指标。对于氢气和氧气的

燃烧反应：

1

+→

222

2

焓变可以通过反应物和生成物的焓值计算得出：

=∑生成物的焓值−∑反应物的焓值

假设在标准条件下（298K，1atm），、和的焓值分别为

222

0kJ/mol、0kJ/mol和-242kJ/mol，则焓变为：

=−242kJ/mol−0kJ/mol+0kJ/mol=−242kJ/mol

这表明氢气和氧气的燃烧反应是一个放热反应，每摩尔反应释放242kJ的

能量。

以上内容详细介绍了燃烧基础理论中的关键概念，包括燃烧的定义与分类、

燃烧反应动力学以及燃烧热力学基础。通过这些理论，我们可以更好地理解和

分析燃烧过程，为燃烧仿真和模型开发提供理论依据。

2湍流燃烧模型概览

2.1湍流燃烧模型的分类

湍流燃烧模型主要分为两大类：均相燃烧模型和非均相燃烧模型。均相燃

烧模型适用于气体燃料的燃烧，而非均相燃烧模型则适用于固体或液体燃料的

燃烧。在均相燃烧模型中，又可以细分为：

EDC模型（EddyDissipationConcept）：基于湍流涡旋的概念，假

设燃烧发生在涡旋的边缘，涡旋的大小决定了燃烧的速率。

PDF模型（ProbabilityDensityFunction）：通过概率密度函数来描

述湍流场中燃料和氧化剂的分布，适用于复杂的化学反应和非预混燃烧。

LES模型（LargeEddySimulation）：大涡模拟，直接模拟湍流的大

尺度结构，而小尺度结构则通过亚网格模型来处理，适用于高精度的燃

烧仿真。

2