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2024年4月16日发(作者：三个表率一个模范是什么内容)

基于OpenFOAM的燃烧数值模拟研究

摘要：现有商业计算软件对燃烧室内的燃烧流场进行计算时存在精度不高、非开源、不

可扩展等问题，难以满足工程设计需要。在前期完成冷态雾化模拟基础上，开发了基于开源

计算平台OpenFOAM的燃油雾化燃烧求解系统，构建大涡求解器，对加州大学伯克利分

校测量的液雾两相燃烧实验进行了数值模拟。通过计算得出液滴温度维持在350K左右，表

明模拟效果较符合燃烧流场温度变化，系统能较好地展示湍流燃烧流动的反应特性，符合工

程研究需要。

关键词：燃数值模拟；并行计算；OpenFOAM

DOIDOI：10.11907/rjdk.171423

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2017）006-0117-03

0 引言

化工、航空航天等工程应用领域存在液雾-空气两相流动现象。发动机燃烧室内多为复

杂湍流流动，传统的液体燃料直接与空气混合往往导致燃烧不充分，耗能高、效用低。预先

将燃料经燃油喷嘴雾化，然后与空气混合燃烧，理论上可明显提高燃烧效率，减少发动机燃

油残渣残留[1-2]。传统的液雾燃烧模拟多使用雷诺时均（RANS）或者直接模拟（DNS）。

雷诺平均方法特点是将流动方程组统计平均后建模，只能提供湍流的平均信息。大涡模拟是

预先对湍流划分尺度，大尺度涡采用直接求解，小尺度湍流脉动建立亚网格燃烧模型，这样

做的优点是对空间分辨率要求小，计算速度较快，并且能获得比RANS更多的湍流信息。

但现有商业计算软件对燃烧流场计算存在精度不足、非开源、不可扩展问题，不能很好地满

足工程设计的需要[3-4]。

针对上述问题，本文采用大涡方法对N-S方程进行过滤封闭处理，结合相应燃烧湍流

模型，采用PIMPLE算法计算湍流动方程，设计开发了基于开源流体力学平台OpenFOAM

的大涡求解器，并通过构建算例完成液体燃料液雾两相燃烧模拟。对比分析实验验证了该燃

烧流场模拟系统的可靠性与稳定性。

1 OpenFOAM简介

OpenFOAM中文译为开源的场运算和处理软件，遵守GNU通用公共许可证，用户可

以依据自身需求对软件进行针对性拓展。其前身FOAM是Hrvoje Jasak所写，后来将其更

名为OpenFOAM。代码是一款基于C++编写的面向对象的开源流体力学软件包，采用有

限容积方法求解，在模拟湍流动、物理化学反应、复杂流体流动等方面效果非常好。它不仅

提供了许多编译好的模型库、辅助工具和求解器等，而且自带偏微分求解模块以及网格生成

工具，可以在PolyMesh目录里生成多面体网格，支持多种流动模型。

2 燃烧流场求解模块设计

2.1 物理模型

加州大学伯克利分校在燃烧实验领域一直居于领先地位，实验过程中采用基于激光成

像原理的设备记录瞬间数据，所以实验数据全面、准确，可以为数值模拟出的数据进行对比

分析[5-6]，本文基于OpenFOAM平台对液雾燃烧实验进行数值模拟工作。


本文标签： 燃烧 模拟 湍流 求解 计算

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