燃燒仿真技術(shù)教程：燃燒數(shù)值模擬方法與反應(yīng)流模型

燃燒仿真技術(shù)教程：燃燒數(shù)值模擬方法與反應(yīng)流模型1燃燒仿真基礎(chǔ)1.1燃燒理論簡介燃燒是一種化學(xué)反應(yīng)過程，其中燃料與氧化劑（通常是空氣中的氧氣）反應(yīng)，產(chǎn)生熱能和光能。燃燒理論主要研究燃燒的化學(xué)動力學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)特性。在燃燒過程中，燃料分子與氧化劑分子碰撞并反應(yīng)，釋放能量，生成新的化學(xué)物質(zhì)。這一過程可以分為幾個階段：燃料的蒸發(fā)、燃料與氧化劑的混合、化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生以及產(chǎn)物的冷卻。1.1.1預(yù)混燃燒預(yù)混燃燒是指燃料和氧化劑在燃燒前已經(jīng)充分混合的燃燒過程。這種燃燒模式常見于燃?xì)馊紵骱蛢?nèi)燃機中。預(yù)混燃燒的特點是燃燒速度快，火焰溫度高，但對混合條件要求嚴(yán)格，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定的燃燒現(xiàn)象。1.1.2非預(yù)混燃燒非預(yù)混燃燒則是燃料和氧化劑在燃燒過程中才開始混合的燃燒方式。這種燃燒模式在工業(yè)爐、噴氣發(fā)動機和火箭發(fā)動機中較為常見。非預(yù)混燃燒的優(yōu)點是燃燒過程更加穩(wěn)定，但燃燒效率相對較低，火焰溫度也較預(yù)混燃燒低。1.2數(shù)值模擬方法概述數(shù)值模擬是通過計算機程序來解決復(fù)雜物理問題的一種方法。在燃燒仿真中，數(shù)值模擬方法被用來預(yù)測燃燒過程中的溫度、壓力、化學(xué)反應(yīng)速率和流體流動等參數(shù)。這些方法通?；诳刂品匠?，如連續(xù)性方程、動量方程、能量方程和物種守恒方程，通過數(shù)值解法求解。1.2.1控制方程控制方程描述了燃燒過程中物理量的變化規(guī)律。例如，連續(xù)性方程描述了質(zhì)量的守恒，動量方程描述了動量的守恒，能量方程描述了能量的守恒，而物種守恒方程則描述了化學(xué)物種的守恒。1.2.2數(shù)值解法數(shù)值解法包括有限差分法、有限體積法和有限元法等。這些方法將連續(xù)的物理域離散化，將控制方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組，然后通過迭代求解這些方程組來獲得燃燒過程的數(shù)值解。1.3反應(yīng)流模型原理反應(yīng)流模型是燃燒數(shù)值模擬中的一種重要模型，它將化學(xué)反應(yīng)和流體流動結(jié)合起來，用于預(yù)測燃燒過程中的化學(xué)反應(yīng)速率和流體動力學(xué)特性。反應(yīng)流模型可以分為預(yù)混燃燒模型和非預(yù)混燃燒模型。1.3.1預(yù)混燃燒模型預(yù)混燃燒模型假設(shè)燃料和氧化劑在燃燒前已經(jīng)完全混合，因此，模型主要關(guān)注化學(xué)反應(yīng)速率和火焰?zhèn)鞑ニ俣?。預(yù)混燃燒模型通常使用火焰?zhèn)鞑ダ碚?，如薄火焰模型和厚火焰模型，來描述燃燒過程。示例代碼：薄火焰模型#薄火焰模型示例代碼

importnumpyasnp

fromegrateimportsolve_ivp

#定義化學(xué)反應(yīng)速率

defreaction_rate(T):

returnnp.exp(-10000/T)#Arrhenius公式簡化版

#定義控制方程

defmodel(t,y):

T,dTdx=y

dydt=[dTdx,-reaction_rate(T)]#能量方程和化學(xué)反應(yīng)速率

returndydt

#初始條件和參數(shù)

y0=[300,0]#初始溫度和溫度梯度

t_span=(0,1)#時間跨度

t_eval=np.linspace(0,1,100)#時間點

#求解控制方程

sol=solve_ivp(model,t_span,y0,t_eval=t_eval)

#輸出結(jié)果

print("溫度隨位置變化：")

print(sol.y[0])1.3.2非預(yù)混燃燒模型非預(yù)混燃燒模型考慮到燃料和氧化劑在燃燒過程中的混合，因此，模型需要同時解決化學(xué)反應(yīng)速率、流體流動和混合過程。非預(yù)混燃燒模型通常使用擴(kuò)散火焰模型，如K-ε湍流模型和PDF概率密度函數(shù)模型，來描述燃燒過程。示例代碼：K-ε湍流模型#K-ε湍流模型示例代碼

importnumpyasnp

fromegrateimportsolve_ivp

#定義湍流模型參數(shù)

defk_epsilon_model(u,v,k,epsilon,x):

#u,v是速度分量，k是湍動能，epsilon是湍動能耗散率

#x是空間位置

#這里使用簡化版的K-ε模型方程

du_dx=-np.gradient(u,x)

dv_dx=-np.gradient(v,x)

dk_dx=-np.gradient(k,x)+0.01*epsilon

depsilon_dx=-np.gradient(epsilon,x)+0.02*k

return[du_dx,dv_dx,dk_dx,depsilon_dx]

#初始條件和參數(shù)

u0=np.zeros(100)#初始速度u

v0=np.zeros(100)#初始速度v

k0=np.zeros(100)+0.1#初始湍動能

epsilon0=np.zeros(100)+0.01#初始湍動能耗散率

x=np.linspace(0,1,100)#空間位置

#求解控制方程

sol=solve_ivp(k_epsilon_model,[0,1],[u0,v0,k0,epsilon0],t_eval=x)

#輸出結(jié)果

print("湍動能隨位置變化：")

print(sol.y[2])以上代碼示例展示了如何使用Python的egrate.solve_ivp函數(shù)來求解預(yù)混燃燒的薄火焰模型和非預(yù)混燃燒的K-ε湍流模型。這些模型是燃燒數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，通過調(diào)整模型參數(shù)和方程，可以模擬不同條件下的燃燒過程。2預(yù)混燃燒模擬2.1預(yù)混燃燒概念預(yù)混燃燒是指燃料和氧化劑在燃燒前已經(jīng)充分混合的燃燒過程。這種燃燒方式在許多工業(yè)應(yīng)用中非常常見，如燃?xì)廨啓C、火箭發(fā)動機和家用燃?xì)庠畹取ｎA(yù)混燃燒的特點是燃燒速度快，火焰溫度高，但同時也容易產(chǎn)生不穩(wěn)定的燃燒現(xiàn)象，如熄火和回火。2.2預(yù)混燃燒模型選擇在進(jìn)行預(yù)混燃燒的數(shù)值模擬時，選擇合適的模型至關(guān)重要。常見的預(yù)混燃燒模型包括：層流火焰模型：適用于沒有湍流影響的燃燒過程，模型簡單，計算速度快。湍流火焰模型：考慮到湍流對燃燒的影響，模型復(fù)雜，計算時間較長，但能更準(zhǔn)確地模擬實際燃燒過程。PDF模型：概率密度函數(shù)模型，適用于非均勻預(yù)混燃燒，能處理燃料和氧化劑混合不均勻的情況。選擇模型時，應(yīng)根據(jù)燃燒系統(tǒng)的具體條件和所需的模擬精度來決定。2.3化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)是預(yù)混燃燒模擬中的核心部分，它描述了化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)物濃度之間的關(guān)系。在預(yù)混燃燒中，化學(xué)反應(yīng)速率受到溫度、壓力和反應(yīng)物濃度的影響。常用的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型包括：Arrhenius模型：反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的冪次方和溫度的指數(shù)函數(shù)成正比。三體模型：考慮了第三種物質(zhì)對反應(yīng)速率的影響，適用于某些需要催化劑的反應(yīng)。2.3.1示例：Arrhenius模型假設(shè)我們有以下化學(xué)反應(yīng)：A其反應(yīng)速率可以使用Arrhenius模型表示：importnumpyasnp

#Arrhenius模型參數(shù)

A=1e13#頻率因子

Ea=50e3#活化能

R=8.314#氣體常數(shù)

#溫度和濃度

T=1200#溫度，單位：K

c_A=0.1#A的濃度，單位：mol/m^3

c_B=0.1#B的濃度，單位：mol/m^3

#計算反應(yīng)速率

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

rate=k*c_A*c_B

print("反應(yīng)速率：",rate)2.4湍流與預(yù)混燃燒的相互作用湍流對預(yù)混燃燒的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：一是湍流可以增加燃料和氧化劑的混合速率，從而影響燃燒速率；二是湍流可以導(dǎo)致火焰結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，如火焰皺褶和火焰斷裂等現(xiàn)象。在模擬預(yù)混燃燒時，通常需要結(jié)合湍流模型和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型，以準(zhǔn)確描述燃燒過程。2.4.1示例：使用k-ε湍流模型在OpenFOAM中，可以使用kEpsilon湍流模型來模擬預(yù)混燃燒中的湍流效應(yīng)。以下是一個簡單的設(shè)置示例：#在控制文件中設(shè)置湍流模型

turbulenceModelkEpsilon;

#設(shè)置k和ε的初始條件

fields

(

k

epsilon

);

#在邊界條件中設(shè)置k和ε

boundaryField

{

inlet

{

typefixedValue;

valueuniform(0.50.50.5);//k的值

}

outlet

{

typezeroGradient;

}

}請注意，上述代碼示例是OpenFOAM控制文件的一部分，用于設(shè)置湍流模型和邊界條件。2.5預(yù)混燃燒仿真案例分析預(yù)混燃燒的仿真案例通常涉及復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，包括燃料和氧化劑的混合、化學(xué)反應(yīng)、熱量傳遞和湍流等。分析這些案例時，需要關(guān)注火焰的傳播速度、火焰結(jié)構(gòu)、燃燒效率和污染物排放等關(guān)鍵指標(biāo)。2.5.1示例：模擬預(yù)混氫氣燃燒假設(shè)我們正在使用OpenFOAM模擬預(yù)混氫氣燃燒。以下是一個簡化的控制文件設(shè)置示例：#設(shè)置求解器

applicationsimpleFoam;

#設(shè)置物理模型

thermoType

{

typereactingIncompressible;

mixturepureMixture;

transportlaminar;

turbulenceModelkEpsilon;

combustionModellaminar;

}

#設(shè)置化學(xué)反應(yīng)模型

chemistrySolverchemistry2D;

#設(shè)置燃料和氧化劑

specie

{

nMoles1;

molWeight2.016;//氫氣的摩爾質(zhì)量

}

#設(shè)置初始條件

initialisation

{

fields

(

T

p

Y_H2

Y_O2

Y_N2

);

}在實際操作中，需要根據(jù)具體的燃燒系統(tǒng)和實驗數(shù)據(jù)來調(diào)整模型參數(shù)和初始條件，以獲得準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。以上內(nèi)容僅為預(yù)混燃燒模擬的基本原理和方法的簡要介紹，實際應(yīng)用中可能需要更深入的理論知識和實踐經(jīng)驗。3非預(yù)混燃燒模擬3.1非預(yù)混燃燒定義非預(yù)混燃燒，也稱為擴(kuò)散燃燒，發(fā)生在燃料和氧化劑在燃燒前未充分混合的條件下。這種燃燒模式常見于工業(yè)燃燒器、內(nèi)燃機和火焰噴射器中，其中燃料和空氣分別噴射，然后在火焰前沿相遇并燃燒。非預(yù)混燃燒的關(guān)鍵特性是存在一個明顯的火焰前沿，其中燃燒反應(yīng)速率由燃料和氧化劑的擴(kuò)散速率決定。3.2非預(yù)混燃燒模型介紹3.2.1火焰面模型火焰面模型是描述非預(yù)混燃燒的一種常用方法。它假設(shè)燃燒反應(yīng)發(fā)生在無限薄的火焰面上，火焰面的傳播速度由Arrhenius定律決定。該模型簡化了燃燒過程，將復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)簡化為單一的反應(yīng)步驟，適用于快速燃燒過程的模擬。3.2.2PDF（ProbabilityDensityFunction）模型PDF模型考慮了湍流和化學(xué)反應(yīng)的相互作用，通過概率密度函數(shù)描述燃料和氧化劑的混合狀態(tài)。這種模型能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測非預(yù)混燃燒中的湍流火焰特性，適用于模擬燃燒過程中的不均勻混合和化學(xué)反應(yīng)。3.3擴(kuò)散火焰穩(wěn)定性分析擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定性分析主要關(guān)注火焰前沿的位置和形狀，以及火焰?zhèn)鞑ニ俣??；鹧娴姆€(wěn)定性受到多種因素的影響，包括燃料和氧化劑的流速、溫度、壓力和化學(xué)反應(yīng)速率。在數(shù)值模擬中，通過分析火焰前沿的移動和變形，可以評估燃燒過程的穩(wěn)定性。3.4非預(yù)混燃燒中的湍流模型3.4.1RANS（Reynolds-AveragedNavier-Stokes）模型RANS模型是模擬非預(yù)混燃燒中湍流的常用方法。它通過平均Navier-Stokes方程來描述流體的平均行為，同時使用湍流模型（如k-ε模型或k-ω模型）來描述湍流的統(tǒng)計特性。RANS模型適用于模擬大尺度的湍流結(jié)構(gòu)，但在預(yù)測小尺度湍流細(xì)節(jié)方面存在局限性。3.4.2LES（LargeEddySimulation）模型LES模型通過直接模擬大尺度湍流結(jié)構(gòu)，而將小尺度湍流結(jié)構(gòu)通過亞網(wǎng)格模型來描述。這種方法能夠更準(zhǔn)確地捕捉湍流的動態(tài)特性，適用于需要高精度模擬的非預(yù)混燃燒過程。然而，LES模型的計算成本較高，需要大量的計算資源。3.5非預(yù)混燃燒仿真實踐3.5.1實踐案例：使用OpenFOAM模擬非預(yù)混燃燒環(huán)境設(shè)置#安裝OpenFOAM

sudoapt-getinstallopenfoam6

#進(jìn)入OpenFOAM工作目錄

cd$FOAM_RUN模型選擇與網(wǎng)格生成#選擇非預(yù)混燃燒模型

ln-s$FOAM_APP/Examples/reactingMultiphaseFoam/dieselEngine/dieselEngine

#生成計算網(wǎng)格

blockMesh設(shè)置邊界條件與物理屬性在constant目錄下，編輯transportProperties和thermophysicalProperties文件，設(shè)置燃料和空氣的物理屬性，包括粘度、熱導(dǎo)率、比熱容和化學(xué)反應(yīng)參數(shù)。運行模擬#運行非預(yù)混燃燒模擬

reactingMultiphaseFoam后處理與結(jié)果分析使用paraFoam或foamToVTK將結(jié)果轉(zhuǎn)換為可視化軟件（如ParaView）可讀的格式，分析火焰前沿的位置、形狀和傳播速度，以及燃燒效率和污染物排放。3.5.2代碼示例：設(shè)置燃料和空氣的物理屬性在constant/thermophysicalProperties文件中，定義燃料和空氣的物理屬性：thermodynamics

{

mixturereactingMixture

{

speciesPath"species"

equationOfStatehePsiThermo

thermoTypehPolynomial

transportconst

reactionTypefiniteRate

energysensibleInternalEnergy

}

}

species

{

nSpecies2

species

(

air

fuel

)

}

transport

{

typeconst

diffusionModelsconstant

speciesDiffusivity

(

air0.01

fuel0.005

)

}

reaction

{

chemistryTypefiniteRate

reactionModeloneStep

globalReaction

{

equationfuel+1.5*air->1.5*CO2+0.5*H2O

heatOfReaction1.0e6

activationEnergy1.0e4

A1.0e10

n0

E0

}

}3.5.3結(jié)果分析通過分析模擬結(jié)果，可以觀察到火焰前沿的形成和傳播，以及燃燒區(qū)域的溫度分布。此外，還可以評估燃燒效率和污染物排放，為燃燒設(shè)備的設(shè)計和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。在非預(yù)混燃燒的數(shù)值模擬中，選擇合適的燃燒模型和湍流模型是關(guān)鍵，同時，準(zhǔn)確設(shè)置物理屬性和邊界條件對于獲得可靠的模擬結(jié)果至關(guān)重要。通過實踐案例的演示，可以更好地理解非預(yù)混燃燒的模擬過程和結(jié)果分析方法。4燃燒仿真軟件與工具4.1常用燃燒仿真軟件在燃燒仿真領(lǐng)域，有多種軟件工具被廣泛使用，它們提供了從基礎(chǔ)到高級的燃燒模擬功能。以下是一些業(yè)界常用的燃燒仿真軟件：ANSYSFluent簡介：ANSYSFluent是一款功能強大的計算流體動力學(xué)（CFD）軟件，它能夠模擬復(fù)雜的流體流動、傳熱和化學(xué)反應(yīng)過程，特別適用于燃燒仿真。特點：提供了多種燃燒模型，包括預(yù)混燃燒、非預(yù)混燃燒和層流燃燒模型，能夠處理多相流、多組分反應(yīng)和湍流燃燒。STAR-CCM+簡介：STAR-CCM+是由Siemens提供的多物理場仿真軟件，它在燃燒仿真方面具有高度的靈活性和準(zhǔn)確性。特點：支持用戶自定義反應(yīng)機理，能夠模擬從微尺度到宏尺度的燃燒過程，適用于發(fā)動機、燃燒室和噴霧燃燒等場景。OpenFOAM簡介：OpenFOAM是一個開源的CFD軟件包，由OpenCFDLtd.

開發(fā)，廣泛用于學(xué)術(shù)和工業(yè)研究。特點：提供了豐富的物理模型和數(shù)值方法，用戶可以根據(jù)需要定制燃燒模型，適合進(jìn)行深入的燃燒機理研究。Cantera簡介：Cantera是一個用于化學(xué)動力學(xué)、熱力學(xué)和運輸過程的開源軟件庫，特別適合于燃燒反應(yīng)機理的詳細(xì)模擬。特點：能夠處理復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，提供多種燃燒模型，如預(yù)混燃燒和非預(yù)混燃燒，適用于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的詳細(xì)分析。4.2軟件操作指南4.2.1ANSYSFluent操作指南設(shè)置燃燒模型在ANSYSFluent中設(shè)置燃燒模型，首先需要選擇合適的燃燒模型類型。對于預(yù)混燃燒，可以使用Premixed模型；對于非預(yù)混燃燒，則使用Non-Premixed模型。#ANSYSFluent命令行示例

#設(shè)置非預(yù)混燃燒模型

tui(set(solve(models(combustion(non-premixed)))))

#設(shè)置預(yù)混燃燒模型

tui(set(solve(models(combustion(premixed)))))定義反應(yīng)機理在燃燒仿真中，定義反應(yīng)機理是關(guān)鍵步驟。Fluent支持導(dǎo)入自定義的反應(yīng)機理文件。#導(dǎo)入反應(yīng)機理文件

tui(files(read(chem-file"path/to/your/chem-file.ckf")))運行仿真運行仿真前，需要設(shè)置求解器參數(shù)，如時間步長、迭代次數(shù)等。#設(shè)置時間步長

tui(set(run(time-step0.01)))

#設(shè)置迭代次數(shù)

tui(set(solve(controls(iterative(max-iter1000))))4.2.2STAR-CCM+操作指南創(chuàng)建燃燒場景在STAR-CCM+中，創(chuàng)建燃燒場景涉及定義幾何、網(wǎng)格、邊界條件和物理模型。//創(chuàng)建燃燒場景

//定義幾何和網(wǎng)格

Geometry::CreateBox(0,0,0,1,1,1,"Box");

Mesh::CreateMesh("Box","Mesh");

//設(shè)置邊界條件

Region::SetBoundaryCondition("Inlet","VelocityInlet");

Region::SetBoundaryCondition("Outlet","PressureOutlet");

//定義物理模型

Region::SetModel("Combustion","NonPremixed");設(shè)置反應(yīng)機理STAR-CCM+允許用戶導(dǎo)入和定義復(fù)雜的反應(yīng)機理。//導(dǎo)入反應(yīng)機理

Chemistry::ImportChemistryFile("path/to/your/chem-file.ckf");運行仿真運行仿真前，需要設(shè)置求解器參數(shù)，如收斂準(zhǔn)則、時間步長等。//設(shè)置收斂準(zhǔn)則

Solver::SetConvergenceCriteria("Residual",1e-6);

//設(shè)置時間步長

Solver::SetTimeStep(0.01);4.2.3OpenFOAM操作指南編寫控制文件在OpenFOAM中，控制文件（如system/fvSolution和system/fvSchemes）定義了求解器的設(shè)置。#控制文件示例

#system/fvSolution

solvers

{

p

{

solverPCG;

preconditionerDIC;

tolerance1e-06;

relTol0;

}

}

#system/fvSchemes

ddtSchemes

{

defaultsteadyState;

}編寫邊界條件文件邊界條件文件（如0/p和0/U）定義了初始和邊界條件。#邊界條件文件示例

#0/p

dimensions[1-2-20000];

internalFielduniform100000;

boundaryField

{

inlet

{

typefixedValue;

valueuniform101325;

}

}運行求解器運行OpenFOAM的求解器，如simpleFoam或icoFoam。#運行求解器

#在終端中運行

cd/path/to/your/case

simpleFoam4.3后處理與結(jié)果分析4.3.1ANSYSFluent后處理在ANSYSFluent中，后處理包括可視化結(jié)果、生成報告和導(dǎo)出數(shù)據(jù)。#導(dǎo)出數(shù)據(jù)

tui(export(data(ascii"path/to/your/export-file.csv"))4.3.2STAR-CCM+后處理STAR-CCM+提供了豐富的后處理工具，如結(jié)果可視化和數(shù)據(jù)導(dǎo)出。//導(dǎo)出數(shù)據(jù)

Data::Export("path/to/your/export-file.csv");4.3.3OpenFOAM后處理OpenFOAM的后處理通常涉及使用paraFoam或foamToVTK將結(jié)果轉(zhuǎn)換為可視化格式。#轉(zhuǎn)換結(jié)果為VTK格式

foamToVTK-case/path/to/your/case4.3.4結(jié)果分析分析燃燒仿真結(jié)果時，關(guān)注點通常包括燃燒效率、溫度分布、污染物生成等。使用軟件內(nèi)置的分析工具或第三方可視化軟件（如ParaView）可以幫助深入理解燃燒過程。燃燒效率：通過計算燃料消耗率與理論完全燃燒率的比值來評估。溫度分布：分析燃燒區(qū)域的溫度梯度，了解燃燒的熱力學(xué)過程。污染物生成：監(jiān)測NOx、CO和未燃燒碳?xì)浠衔锏任廴疚锏纳?，評估燃燒過程的環(huán)境影響。通過上述軟件和操作指南，可以有效地進(jìn)行燃燒仿真，理解預(yù)混燃燒與非預(yù)混燃燒的差異，并進(jìn)行深入的結(jié)果分析。5高級燃燒模擬技術(shù)5.1多相流燃燒模擬5.1.1原理多相流燃燒模擬是燃燒仿真領(lǐng)域的一個重要分支，它涉及到氣、液、固三相在燃燒過程中的相互作用。在實際應(yīng)用中，如噴霧燃燒、煤粉燃燒等，燃料往往以液滴或顆粒的形式存在，與氣體混合后進(jìn)行燃燒。多相流燃燒模擬需要考慮相間傳質(zhì)、傳熱、動量交換以及化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜過程。5.1.2內(nèi)容多相流燃燒模擬的核心在于解決多相流的控制方程組，包括連續(xù)性方程、動量方程、能量方程和組分方程。此外，還需要引入相間相互作用的模型，如蒸發(fā)模型、破碎模型、凝聚模型等，以描述液滴或顆粒的行為。示例：使用OpenFOAM進(jìn)行噴霧燃燒模擬#OpenFOAM案例設(shè)置

#本例展示如何使用OpenFOAM進(jìn)行噴霧燃燒的多相流模擬

#1.準(zhǔn)備網(wǎng)格和初始條件

#使用blockMesh生成網(wǎng)格

blockMeshDict

(

//網(wǎng)格定義

...

)

#2.設(shè)置物理模型

constant/transportProperties

(

//定義各相的物理屬性

phase1

{

typeincompressible;

transportNewtonian;

...

}

phase2

{

typeincompressible;

transportNewtonian;

...

}

)

#3.設(shè)置化學(xué)反應(yīng)模型

constant/reactionProperties

(

//定義化學(xué)反應(yīng)機制

chemistryTypefiniteRate;

...

)

#4.運行模擬

#使用interFoam進(jìn)行多相流計算，再使用reactingInterFoam進(jìn)行燃燒計算

interFoam

reactingInterFoam在上述示例中，blockMeshDict用于定義計算域的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，transportProperties文件中定義了各相的物理屬性，如密度、粘度等，reactionProperties文件則用于設(shè)定化學(xué)反應(yīng)機制。最后，通過運行interFoam和reactingInterFoam命令，可以進(jìn)行多相流和燃燒的數(shù)值模擬。5.2燃燒仿真中的不確定性量化5.2.1原理燃燒仿真中的不確定性量化(UQ)是評估和量化模型參數(shù)、邊界條件、初始條件等不確定性對模擬結(jié)果影響的方法。UQ有助于提高模型的可靠性和預(yù)測精度，尤其是在實驗數(shù)據(jù)有限或模型參數(shù)難以精確確定的情況下。5.2.2內(nèi)容UQ方法包括蒙特卡洛模擬、響應(yīng)面方法、多項式混沌展開等。其中，蒙特卡洛模擬是最直接的方法，通過隨機抽樣參數(shù)空間，多次運行模型，統(tǒng)計結(jié)果的分布來評估不確定性。示例：使用Python進(jìn)行蒙特卡洛模擬importnumpyasnp

importmatplotlib.pyplotasplt

#1.定義燃燒模型

defcombustionModel(T,p,phi):

#T:溫度,p:壓力,phi:當(dāng)量比

#假設(shè)模型輸出為燃燒效率

efficiency=T*p/phi

returnefficiency

#2.設(shè)置參數(shù)分布

T_mean,T_std=1200,50#溫度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差

p_mean,p_std=101325,1000#壓力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差

phi_mean,phi_std=1.0,0.1#當(dāng)量比的均值和標(biāo)準(zhǔn)差

#3.進(jìn)行蒙特卡洛模擬

num_samples=1000

T_samples=np.random.normal(T_mean,T_std,num_samples)

p_samples=np.random.normal(p_mean,p_std,num_samples)

phi_samples=np.random.normal(phi_mean,phi_std,num_samples)

efficiency_samples=combustionModel(T_samples,p_samples,phi_samples)

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