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燃烧仿真与实验技术：燃烧温度测量原理

1燃烧仿真基础

1.1燃烧仿真概述

燃烧仿真是一种利用计算机模型来预测和分析燃烧过程的技术。它涵盖了

从基础燃烧化学到复杂工程应用的广泛领域，如发动机设计、火灾安全、航空

航天和能源系统。燃烧仿真依赖于物理和化学原理，结合数值方法，来模拟燃

烧反应的动态行为，包括火焰传播、燃烧效率、污染物生成等关键参数。

1.1.1关键概念

化学反应动力学：描述燃烧反应速率和机制。

流体力学：分析燃烧过程中气体流动的影响。

传热学：研究热量在燃烧系统中的传递。

数值方法：使用离散化技术解决连续的物理和化学方程。

1.1.2应用领域

发动机设计：优化燃烧过程，提高效率，减少排放。

火灾安全：预测火灾行为，设计安全策略。

航空航天：研究火箭发动机和飞机燃烧室的性能。

能源系统：评估新型燃料和燃烧技术的可行性。

1.2燃烧模型与算法

燃烧模型是燃烧仿真中的核心，用于描述燃烧过程的物理和化学行为。这

些模型可以分为几类，包括层流燃烧模型、湍流燃烧模型、化学反应模型和传

热模型。

1.2.1层流燃烧模型

层流燃烧模型适用于低速、无湍流的燃烧环境。它基于化学反应动力学和

传热学原理，通过求解反应速率方程和能量守恒方程来预测燃烧过程。

1.2.1.1示例代码

#层流燃烧模型示例

deflaminar_burning_rate(T,P,fuel,oxidizer):

1

计算层流燃烧速率。

参数:

T--温度，单位：K

P--压力，单位：Pa

fuel--燃料浓度，单位：mol/m^3

oxidizer--氧化剂浓度，单位：mol/m^3

返回:

燃烧速率，单位：m/s

#Arrhenius公式参数

A=1e10#频率因子

Ea=50e3#活化能，单位：J/mol

R=8.314#气体常数，单位：J/(mol*K)

#计算反应速率

k=A*np.exp(-Ea/(R*T))

burning_rate=k*fuel*oxidizer

returnburning_rate

#示例数据

T=1200#温度，单位：K

P=1e5#压力，单位：Pa

fuel=0.1#燃料浓度，单位：mol/m^3

oxidizer=0.2#氧化剂浓度，单位：mol/m^3

#调用函数

rate=laminar_burning_rate(T,P,fuel,oxidizer)

print(f层流燃烧速率:{rate}m/s)

1.2.2湍流燃烧模型

湍流燃烧模型用于处理高速、有湍流的燃烧环境。它通常结合湍流模型和

化学反应模型，通过求解湍流方程和反应速率方程来预测燃烧过程。

1.2.2.1示例代码

#湍流燃烧模型示例

defturbulent_burning_rate(T,P,fuel,oxidizer,turbulence):

计算湍流燃烧速率。

2

参数:

T--温度，单位：K

P--压力，单位：Pa

fuel--燃料浓度，单位：mol/m^3

oxidizer--氧化剂浓度，单位：mol/m^3

turbulence--湍流强度，无量纲

返回:

燃烧速率，单位：m/s

#层流燃烧速率

laminar_rate=laminar_burning_rate(T,P,fuel,oxidizer)

#湍流增强因子

enhancement_factor=1+turbulence

#湍流燃烧速率

turbulent_rate=laminar_rate*enhancement_factor

returnturbulent_rate

#示例数据

T=1200#温度，单位：K

P=1e5#压力，单位：Pa