燃烧仿真.湍流燃烧模型：湍流燃烧模型概述：湍流预混火焰模型.pdfVIP

燃烧仿真.湍流燃烧模型：湍流燃烧模型概述：湍流预混火

焰模型

1燃烧仿真基础

1.1燃烧理论简介

燃烧是一种复杂的物理化学过程，涉及到燃料与氧化剂的化学反应、热量

的产生与传递、以及流体动力学现象。在燃烧理论中，我们关注的是燃烧的化

学动力学、热力学和流体力学特性。预混燃烧是指燃料和氧化剂在燃烧前已经

充分混合的燃烧模式，这种模式下的火焰传播速度和火焰结构对燃烧效率和排

放有重要影响。

1.1.1预混火焰的化学反应

预混火焰中的化学反应遵循Arrhenius定律，反应速率与温度和反应物浓度

有关。例如，对于简单的氢气燃烧反应：

→

22+222

反应速率可以表示为：

2

=

22

其中，是反应速率常数，和分别是氢气和氧气的浓度。

22

1.1.2火焰传播速度

预混火焰的传播速度受火焰厚度、反应物的扩散系数和化学反应速率的影

响。在湍流环境中，火焰传播速度会因为湍流的扰动而增加，这是因为湍流可

以增加反应物的混合速率，从而加速化学反应。

1.2数值仿真方法

数值仿真在燃烧研究中扮演着重要角色，它可以帮助我们理解燃烧过程的

细节，预测燃烧效率和排放，以及设计更高效的燃烧系统。在数值仿真中，我

们通常使用有限体积法或有限元法来求解控制方程。

1.2.1控制方程

燃烧过程的控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程和物种守恒方

程。以连续性方程为例：

∂

+∇⋅=0

∂

1

其中，是流体密度，是流体速度。

1.2.2湍流模型

在燃烧仿真中，湍流模型是关键。常见的湍流模型包括：

雷诺应力模型（RSM）

k-ε模型

k-ω模型

大涡模拟（LES）

1.2.3示例：使用OpenFOAM进行预混燃烧仿真

OpenFOAM是一个开源的CFD（计算流体动力学）软件包，广泛用于燃烧

仿真。下面是一个使用OpenFOAM进行预混燃烧仿真的简单示例：

1.2.3.1配置文件

在OpenFOAM中，需要编辑constant/pTransportProperties文件来定义湍流

模型：

#constant/pTransportProperties

transportModelNewtonian;

nu1.5e-5;

nuTilda1.0;

1.2.3.2控制方程求解

在system/fvSolution文件中，定义求解器的设置：

#system/fvSolution

solvers

{

p

{

solverPCG;

preconditionerDIC;

tolerance1e-06;

relTol0.05;

}

}

1.2.3.3物理模型

在constant/turbulenceProperties文件中，定义湍流模型：

2

#constant/turbulenceProperties

simulationTypeRAS;

RAS

{

RASModelkEpsilon;

turb