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燃烧仿真与实验技术：燃烧噪声测量及时域分析教程

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真原理与应用

1.1.1原理

燃烧仿真基于计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)和化学反

应动力学理论，通过数值方法求解燃烧过程中的流体动力学方程和化学反应方

程，以预测和分析燃烧现象。燃烧过程中的关键方程包括：

连续性方程：描述质量守恒。

动量方程：描述动量守恒。

能量方程：描述能量守恒。

物种守恒方程：描述化学物种的守恒。

1.1.2应用

燃烧仿真广泛应用于发动机设计、火灾安全、航空航天、化工过程等领域，

帮助工程师和科学家理解燃烧机理，优化燃烧系统设计，预测燃烧产物，评估

燃烧效率和排放性能。

1.2燃烧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：强大的CFD软件，支持多种燃烧模型。

STAR-CCM+：用户界面友好，适用于复杂几何结构的燃烧仿真。

OpenFOAM：开源CFD软件，适合定制化燃烧模型开发。

1.2.2操作示例

以OpenFOAM为例，展示如何设置一个简单的燃烧仿真案例：

#创建案例目录

mkdirsimpleCombustionCase

cdsimpleCombustionCase

#初始化案例

foamDictionary-clone$FOAM_TUTORIALS/laminar/dieselEngine

1

#编辑边界条件

viconstant/polyMesh/boundary

#设置燃料和氧化剂的初始条件

vi0/U

vi0/T

vi0/Y

#编辑控制参数

visystem/fvSolution

visystem/fvSchemes

#设置求解器

cp$FOAM_TUTORIALS/laminar/dieselEngine/system/controlDict.

#运行仿真

simpleFoam

1.2.3解释

上述代码创建了一个基于OpenFOAM的简单燃烧案例。首先，通过

foamDictionary命令初始化案例，然后编辑边界条件、初始条件和控制参数。最

后，使用simpleFoam求解器运行仿真。

1.3燃烧仿真模型建立与验证

1.3.1模型建立

建立燃烧仿真模型涉及以下步骤：

1.定义几何结构：使用CAD软件创建燃烧室的几何模型。

2.网格划分：将几何模型离散化为计算网格。

3.设置物理模型：选择合适的燃烧模型，如层流燃烧模型、湍流燃

烧模型等。

4.定义边界条件：设置入口、出口、壁面等边界条件。

5.初始化计算域：设定初始温度、压力、燃料浓度等。

6.运行仿真：使用选定的求解器进行计算。

1.3.2验证

模型验证通常包括：

1.理论验证：与理论解或解析解进行比较。

2.实验验证：与实验数据进行对比，如温度、压力、燃烧产物浓度

等。

2

3.收敛性检查：确保计算结果收敛，即随着网格细化和时间步长减

小，结果趋于稳定。

1.3.3示例

假设我们有一个简单的燃烧室模型，使用层流燃烧模型进行仿真。以下是

一个简化的边界条件设置示例：

boundary

{

inlets

{

typepatch;

nFaces100;

startFace0;

}

outlets

{

typepatch;

nFaces100;

startFace100;

}

walls

{

typewall;

nFaces400;

startFace200;

}

}

1.3.4解释

此示例定义了燃烧室的边界条件，