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燃烧仿真与实验技术：燃烧温度测量中的误差分析与控制

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真原理

燃烧仿真基于数值方法，通过计算机模拟燃烧过程中的物理和化学现象。

其核心是解决反应流体力学方程组，包括连续性方程、动量方程、能量方程和

物种守恒方程。这些方程描述了燃烧过程中质量、动量、能量和化学物种的传

输与转化。

1.1.1连续性方程

连续性方程描述了质量守恒原则，即在任意控制体积内，质量的流入等于

流出，加上内部生成或消耗的质量。在燃烧仿真中，这通常表示为：

∂

+∇⋅=0

∂

其中，是密度，是速度矢量，是时间。

1.1.2动量方程

动量方程描述了动量守恒，考虑了压力、粘性力和重力等作用。在燃烧仿

真中，动量方程用于预测流体的速度分布：

∂

⋅−⋅

+∇=∇+∇∇+

∂

其中，是压力，是动力粘度，是重力加速度。

1.1.3能量方程

能量方程描述了能量守恒，考虑了热传导、对流和化学反应等能量交换。

在燃烧仿真中，能量方程用于预测温度分布：

​

∂

+∇⋅=∇⋅+

∂

其中，是总能量，是热导率，是温度，是物种的生成速率，是

物种的焓。

1.1.4物种守恒方程

物种守恒方程描述了化学物种的守恒，考虑了化学反应速率。在燃烧仿真

中，物种守恒方程用于预测化学物种的浓度分布：

1

∂

+∇⋅=∇⋅+

∂

其中，是物种的质量分数，是扩散系数，是物种的生成速率。

1.2仿真软件介绍与操作

1.2.1软件介绍

常用的燃烧仿真软件包括AnsysFluent、STAR-CCM+、OpenFOAM等。这些

软件提供了丰富的物理模型和化学反应模型，能够模拟各种燃烧现象，从简单

的层流燃烧到复杂的湍流燃烧。

1.2.1.1AnsysFluent

AnsysFluent是一款广泛使用的商业CFD软件，它提供了多种燃烧模型，如

层流燃烧模型、湍流燃烧模型、PDF模型等，适用于不同类型的燃烧仿真。

1.2.1.2STAR-CCM+

STAR-CCM+是另一款强大的CFD软件，它具有直观的用户界面和先进的物

理模型，能够处理复杂的几何和流动条件。

1.2.1.3OpenFOAM

OpenFOAM是一款开源的CFD软件，它提供了丰富的物理和化学模型库，

用户可以根据需要自定义模型，适用于科研和教育领域。

1.2.2操作步骤

以AnsysFluent为例，介绍燃烧仿真的基本操作步骤：

1.前处理：定义计算域，设置网格，输入边界条件和