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燃烧仿真技术教程：燃烧应用案例中的污染物生成与控制

分析

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，其中燃料与氧气反应，产生热能和光能，同时

生成一系列的燃烧产物。在燃烧仿真中，理解燃烧化学反应原理至关重要，因

为它直接影响燃烧效率、污染物生成以及能量转换。

1.1.1基本燃烧反应

燃烧反应通常可以表示为：

燃料+氧气→二氧化碳+水+能量

例如，甲烷（CH4）的燃烧反应为：

→

4+222+22+能量

1.1.2污染物生成

燃烧过程中，除了主要的燃烧产物，还可能生成一些污染物，如一氧化碳

（CO）、氮氧化物（NOx）、未燃碳氢化合物（UHC）和颗粒物（PM）。这些污染

物的生成与燃烧条件（如温度、压力和氧气浓度）密切相关。

1.1.3控制策略

为了减少污染物的生成，可以采用不同的燃烧控制策略，如：-预混燃烧：

在燃烧前将燃料和氧气充分混合，以降低燃烧温度，减少NOx的生成。-分层

燃烧：在燃烧室内形成燃料浓度梯度，以优化燃烧过程，减少CO和UHC的生

成。

1.2燃烧仿真软件介绍

燃烧仿真软件是基于数值模拟技术，用于预测和分析燃烧过程的工具。这

些软件通常包括流体动力学、传热学、化学反应动力学等模块，能够模拟燃烧

室内的复杂物理化学过程。

1.2.1常用软件

ANSYSFluent：广泛应用于燃烧仿真，能够处理复杂的流体流动和

1

传热传质问题。

STAR-CCM+：提供强大的多物理场仿真能力，适用于燃烧、传热

和流体动力学的综合分析。

1.2.2软件功能

流体流动模拟：模拟燃烧室内气体的流动，包括湍流、层流和多

相流。

传热传质分析：计算燃烧过程中的热量和质量传递，预测温度分

布和污染物生成。

化学反应动力学：模拟燃烧反应，包括预混燃烧、扩散燃烧和中

间产物的生成。

1.3网格划分与边界条件设置

网格划分和边界条件设置是燃烧仿真中的关键步骤，直接影响仿真结果的

准确性和计算效率。

1.3.1网格划分

网格划分是将燃烧室内的空间离散化为一系列小单元，以便进行数值计算。

网格的大小、形状和密度需要根据燃烧室的几何结构和流体流动特性来确定。

示例代码：使用OpenFOAM进行网格划分

#使用OpenFOAM的blockMesh工具进行网格划分

blockMeshDict\

|

+--convertToMeters1.0

+--vertices

|+--(000)

|+--(100)

|+--(110)

|+--(010)

|+--(001)

|+--(101)

|+--(111)

|+--(011)

+--blocks

+--hex(01234567)(101010)simpleGrading(111)

1.3.2边界条件设置

边界条件定义了燃烧室边界上的物理条件，如温度、压力、速度和化学组

2

分。正确的边界条件设置对于准确模拟燃烧过程至关重要。

示例代码：使用OpenFOAM设置边界条件

#设置边界条件

p

{

typezeroGradient;

patches(inletoutlet);

}

T

{

typefixedValue;

valueuniform300;

patches(walls);

}

U

{

typefixedValue;

value(000);

patches(inlet);

}

1.3.3网格与边界条件的优化

为了提高仿真效率和准确性，需要对网格和边界条件进行优化。这可能包

括：