燃烧仿真.燃烧应用案例：火箭发动机燃烧：燃烧仿真中的网格生成技术.pdfVIP

燃烧仿真.燃烧应用案例：火箭发动机燃烧：燃烧仿真中的

网格生成技术

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、以及流体动力学的相互作用。在燃烧理论中，我们关注的关键

参数包括燃烧速度、火焰结构、燃烧效率和排放特性。燃烧可以分为几个阶段：

首先是燃料和氧化剂的混合，然后是化学反应的发生，最后是燃烧产物的扩散

和冷却。

1.1.1燃烧模型

在燃烧仿真中，常用的燃烧模型有：

层流燃烧模型：适用于低速、无湍流的燃烧环境，模型简单，易

于理解和计算。

湍流燃烧模型：考虑到实际燃烧过程中湍流的影响，模型更为复

杂，但能更准确地预测燃烧特性。

预混燃烧模型：燃料和氧化剂在燃烧前已经充分混合，适用于预

混燃烧器的仿真。

非预混燃烧模型：燃料和氧化剂在燃烧过程中混合，适用于扩散

燃烧器的仿真。

1.2燃烧仿真软件介绍

燃烧仿真软件是基于数值方法和燃烧理论，用于模拟和预测燃烧过程的工

具。这些软件通常包括：

ANSYSFluent：广泛应用于工业燃烧仿真，提供丰富的燃烧模型和

物理模型。

STAR-CCM+：适用于复杂几何结构的燃烧仿真，具有强大的网格

生成和后处理功能。

OpenFOAM：开源的CFD（计算流体动力学）软件，支持自定义

燃烧模型，适合科研和教育领域。

这些软件通过求解流体动力学方程（如Navier-Stokes方程）和燃烧化学反

应方程，来预测燃烧过程中的温度、压力、速度和化学组分分布。

1

1.3燃烧仿真基本流程

燃烧仿真的基本流程包括：

1.几何建模：创建燃烧室的三维模型。

2.网格划分：将模型划分为多个小单元，便于数值计算。

3.物理模型设置：选择合适的燃烧模型、湍流模型和边界条件。

4.初始条件设置：设定初始温度、压力和化学组分。

5.求解设置：设置求解器参数，如时间步长、迭代次数等。

6.运行仿真：执行计算，得到燃烧过程的数值解。

7.后处理与分析：可视化仿真结果，分析燃烧效率、排放特性等。

1.3.1示例：使用OpenFOAM进行燃烧仿真

#创建案例目录

mkdirrocket_engine

cdrocket_engine

#复制模板文件

cp-r/path/to/OpenFOAM/templates/combustion.

#编辑几何文件

nanoconstant/polyMesh/blockMeshDict

在blockMeshDict文件中，定义燃烧室的几何结构和网格划分参数：

convertToMeters1;

vertices

(

(000)

(0.100)

(0.10.10)

(00.10)

(000.05)

(0.100.05)

(0.10.10.05)

(00.10.05)

);

blocks

(

hex(01234567)(101010)simpleGrading(111)

);

edges

2

(

);

boundary

(

inlet

{

typepatch;

faces

(

(3267)

);

}

outlet

{

typepatch;

faces

(

(0154)

);

}

wall

{

typewall;

faces

(