“十三五”普通高等教育规划教材 燃烧数值模拟方法与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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方庆艳 著

图书标签:

• 燃烧
• 数值模拟
• 计算流体力学
• CFD
• 传热学
• 高等教育
• 规划教材
• 科学计算
• 工程应用
• 数值方法

出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787519813154

版次：1

商品编码：12295123

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-02-01

用纸：胶版纸

页数：236

内容简介

本书为“十三五”普通高等教育规划教材。

作者简介

方庆艳，华中科技大学煤燃烧国家重点实验室副教授，研究方向为洁净燃烧理论与技术、污染物生成与控制、燃烧优化与控制、燃烧数值模拟，参与编写《火电机组配煤掺烧及经济运行》中国电力出版社2013年出版，《锅炉原理》 华中科技大学出版社2012年出版

目录

前言
1 概述

2 几何建模与网格划分
2.1 Gambit几何建模与网格划分概述
2.2 二维几何建模与网格划分实例
2.3 三维几何建模与网格划分实例
2.4 电站锅炉三维几何建模和网格划分实例

3 模型选择与计算执行
3.1 Fluent求解操作概述
3.2 煤粉燃烧过程二维数值模拟实例
3.3 煤粉燃烧过程三维数值模拟实例
3.4 电站锅炉煤粉燃烧过程数值模拟实例

4 模拟结果后处理
4.1 Fluent后处理功能概述
4.2 Tecplot数据处理概述
4.3 Origin数据处理概述
4.4 二维燃烧模拟结果后处理实例
4.5 三维燃烧模拟结果后处理实例

5 燃烧数值模拟应用
5.1 四角切圆燃烧煤粉锅炉数值模拟应用实例
5.2 前后墙旋流对冲燃烧煤粉锅炉数值模拟应用实例
5.3 W形火焰燃烧煤粉锅炉数值模拟应用实例
5.4 液体燃料燃烧炉数值模拟应用实例
5.5 气体燃料燃烧炉数值模拟应用实例
附录A 燃烧数值模拟科技论文写作与检索
参考文献

本书面向普通高等教育，旨在系统介绍燃烧过程的数值模拟方法及其在工程领域的应用。燃烧，作为一项复杂的多相多组分耦合流动现象，涉及化学反应动力学、传热、传质以及湍流等诸多物理过程，其精确模拟一直是科学研究和工程实践中的重要课题。 本书的编写，力求在理论深度和实践应用之间找到平衡，为相关专业的学生和研究人员提供一套扎实的理论基础和实用的技术指导。 第一部分：燃烧数值模拟的理论基础 本部分将深入剖析燃烧数值模拟的核心理论，为理解后续的模拟方法奠定坚实基础。 燃烧物理化学基础： 化学反应动力学： 详细介绍化学反应速率理论，如阿伦尼乌斯方程，以及化学反应机理的构建方法，包括详细机理、简化机理和缩减机理等。重点阐述不同燃料（如碳氢化合物、氢气、合成气等）的燃烧特性及其关键反应路径。 多相流理论： 介绍液滴蒸发、液滴破碎、颗粒燃烧等关键多相流现象的物理模型，包括欧拉-拉格朗日法、欧拉-欧拉法等常用方法。 传热传质理论： 详细讲解导热、对流、辐射传热的数学模型，以及质量扩散、化学反应耦合下的传质过程。重点关注湍流传热传质的建模，如雷诺时均（RANS）、大涡模拟（LES）等方法。 湍流理论： 深入探讨湍流的本质及其数值模拟方法。介绍经典的湍流模型，如k-ε模型、k-ω模型及其在燃烧模拟中的适用性。同时，引入更先进的模拟方法，如大涡模拟（LES），阐述其在捕捉瞬态流动结构和燃烧不稳定性方面的优势。 数值方法基础： 方程离散化： 详细介绍有限体积法（FVM）和有限差分法（FDM）在求解偏微分方程中的应用。重点讲解不同阶数的精度差分格式，以及其在稳定性与准确性之间的权衡。 求解器技术： 介绍求解大型稀疏线性方程组的迭代法和直接法，如雅可比迭代、高斯-赛德尔迭代、共轭梯度法等。探讨压力-速度耦合算法（如SIMPLE系列算法）在求解不可压缩流体流动中的作用，以及适用于可压缩流动的求解方法。 网格生成与适应： 阐述结构化网格和非结构化网格的生成技术，以及网格质量对模拟精度的影响。介绍网格自适应方法，以提高计算效率和精度。 第二部分：燃烧数值模拟的关键技术 本部分将聚焦于将理论基础转化为实际模拟过程中的关键技术和模型。 燃烧模型的选择与实现： 预混火焰模型： 详细介绍层流预混火焰的描述模型，如燃烧过程的特征线模型（Flamelet models）及其在湍流火焰中的应用。 扩散火焰模型： 讲解非预混火焰的模拟方法，如有限速率化学模型、平衡化学模型（Eddy dissipation concept, EDC）等。 部分预混火焰模型： 介绍如何处理部分预混燃烧的复杂性，结合预混和扩散火焰模型的特点。 湍流-化学相互作用： 重点探讨湍流与化学反应之间的耦合关系，介绍如EDC模型、线性涡耗散模型（LLDM）等用于描述这种相互作用的方法。 多相燃烧模型的实现： 液滴燃烧模型： 详细阐述液滴蒸发、燃烧过程的数学模型，包括液滴内部传热传质、外壳燃烧等。 颗粒燃烧模型： 介绍固体颗粒（如煤、生物质）的燃烧过程，包括颗粒的传热、化学反应、灰分生成等。 多相流耦合： 探讨气相和液相/固相之间的相互作用，如曳力、虚拟质量力、湍流分散力等，以及它们对燃烧过程的影响。 辐射传热模型： 辐射传输方程（RTE）： 介绍 RTE 的数学形式，以及各种近似解法，如P-1模型、DO（Discrete Ordinates）模型、FVM（Finite Volume Method）求解RTE等。 辐射与燃烧的耦合： 讲解辐射对火焰温度、组分分布以及燃烧稳定性的影响，以及如何在数值模拟中实现辐射与燃烧的耦合。 燃烧不稳定性模拟： 不稳定性机理： 介绍燃烧不稳定的常见机理，如热声不稳定性、化学-声学耦合等。 瞬态模拟方法： 重点介绍大涡模拟（LES）在捕捉瞬态燃烧现象和预测燃烧不稳定性方面的能力。 第三部分：燃烧数值模拟的应用 本部分将通过具体的工程案例，展示燃烧数值模拟在解决实际问题中的强大能力。 内燃机燃烧模拟： 模型建立： 介绍汽油机、柴油机等内燃机燃烧室的几何模型、网格划分以及物理模型的选择。 关键过程模拟： 重点模拟燃料的喷雾、液滴蒸发、混合、预混与扩散燃烧、着火与爆震等过程。 应用分析： 讲解如何利用模拟结果优化喷油策略、燃烧室设计，以提高燃油经济性、降低排放。 燃气轮机燃烧室模拟： 模型建立： 介绍预混燃烧室、扩散燃烧室等不同类型燃气轮机燃烧室的模拟设置。 关键过程模拟： 重点模拟湍流混合、火焰稳定、燃烧效率、NOx等污染物生成。 应用分析： 阐述如何通过模拟改进燃烧室设计，实现低排放、高效率的燃烧。 工业锅炉与加热炉模拟： 模型建立： 介绍大型燃烧设备（如煤粉锅炉、油炉）的几何模型和边界条件设置。 关键过程模拟： 模拟燃料的着火、燃烧、烟气流动、传热以及飞灰和SOx等污染物的生成。 应用分析： 说明模拟在优化燃烧工况、提高锅炉效率、控制污染物排放方面的作用。 其他燃烧应用： 生物质燃烧模拟： 介绍生物质燃料的特性及其燃烧模拟的挑战。 氢气燃烧模拟： 探讨氢气燃烧的特性及其在未来能源中的应用前景。 火灾动力学模拟： 简要介绍燃烧模拟在火灾蔓延预测和消防安全评估中的应用。 本书的编写，旨在为读者提供一个全面、深入的燃烧数值模拟知识体系。通过理论与实践的结合，使读者能够掌握燃烧模拟的基本原理和关键技术，并能将其应用于解决实际工程问题。

评分☆☆☆☆☆

我对书中关于物理模型的选择和耦合机制的讨论给予了高度评价。在我看来，燃烧数值模拟的本质就是将复杂的物理和化学过程用数学模型来描述，而模型的准确性直接决定了模拟结果的可靠性。《“十三五”普通高等教育规划教材 燃烧数值模拟方法与应用》在这方面提供了深入的指导。书中对不同燃烧模型的分类和比较，从最简单的平衡态模型到复杂的非平衡态模型，每种模型的假设、适用范围以及在不同流动和化学反应条件下的表现，都被阐述得清晰易懂。我特别关注了书中关于表面反应和多相流燃烧模型的介绍，这些模型在处理固体燃料燃烧和液滴燃烧等复杂问题时至关重要。作者通过生动的图示和数学公式，详细解释了如何将这些模型耦合到 Navier-Stokes 方程中，以实现对真实燃烧过程的精确模拟。例如，在讨论多相流燃烧时，书中不仅介绍了液滴模型，还包括了颗粒模型，以及它们之间的相互作用，这对于模拟粉煤灰、催化剂颗粒等在燃烧过程中的行为至关重要。书中对辐射传热模型的讨论也十分细致，包括 P1 模型、离散坐标法（DO）以及辐射打包模型（RTE）等，这些模型对于准确预测高温燃烧场的温度分布至关重要。作者在讲解过程中，并没有回避不同模型之间的优缺点和局限性，而是鼓励读者根据具体的研究对象和目的，选择最合适的模型，这体现了科学的严谨性。这本书让我认识到，燃烧数值模拟不仅仅是求解方程，更是对物理现象的深刻理解和对数学模型的巧妙运用。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书中关于数值方法本身的深入探讨感到非常兴奋。在我看来，仅仅了解燃烧的物理现象是不够的，掌握高效且精确的数值求解方法才是进行科学研究的关键。《“十三五”普通高等教育规划教材 燃烧数值模拟方法与应用》在这方面做得尤为出色。书中对有限体积法（FVM）和有限差分法（FDM）等主流离散化方法的原理和优缺点进行了详细的比较分析，通过清晰的数学推导和逻辑阐述，让我能够深入理解数值计算的底层逻辑。我特别欣赏作者在讲解数值稳定性条件时所采用的示例，例如CFL条件，它直观地说明了时间步长和空间步长对计算结果稳定性的影响，这对于避免数值振荡和保证计算的可靠性至关重要。书中对求解器技术的介绍也让我受益匪浅，从简单的迭代求解器到更高级的预条件共轭梯度法（PCG），每种方法的适用场景和性能特点都被清晰地阐释。例如，在处理大规模线性方程组时，书中对多重网格（Multigrid）方法的介绍，为我提供了一种能够大幅提高计算效率的思路。此外，我对书中关于求解 Navier-Stokes 方程组的各种数值格式的讨论也十分感兴趣，从迎风格式到中心差分格式，再到通量分裂格式，各种方法的精度和耗散特性都被详细地分析。书中还涉及了关于激波捕捉和人工粘性的处理，这些都是在求解高马赫数流动和强对流问题时需要特别关注的技术细节，作者的讲解既有理论深度，又不乏实践指导意义。对于我这样渴望将理论付诸实践的读者来说，书中提供的这些信息无疑是宝贵的财富，让我能够更有信心地去构建和求解复杂的燃烧模型。

评分☆☆☆☆☆

我对书中对不同尺度燃烧现象的系统性梳理感到十分满意。从微观的分子反应动力学到宏观的工业燃烧过程，这本书为我构建了一个完整的知识体系。《“十三五”普通高等教育规划教材 燃烧数值模拟方法与应用》在这一点上做得非常出色。书中详细介绍了各种尺度的燃烧模型，包括从第一性原理计算、量子化学计算到碰撞积分方法，这些方法能够为宏观燃烧模型的建立提供基础数据。随后，书中过渡到微观和介观尺度的模拟，例如分子动力学模拟和蒙特卡洛方法，这些方法在研究燃料分子分解、自由基反应以及火焰面的形成等方面发挥着重要作用。在介观尺度之后，书中深入探讨了宏观尺度的 CFD 模拟，包括湍流模型、化学反应模型、多相流模型以及辐射传热模型等，这些模型是模拟工业燃烧过程的核心。我特别欣赏书中对不同尺度模型之间耦合和衔接的讲解，例如如何利用微观模拟的结果来验证和校准宏观模型，以及如何将宏观模拟的结果反馈到微观模型的研究中，形成一个完整的反馈循环。这种多尺度、多尺度的研究思路，对于深入理解燃烧的复杂性至关重要。书中也提及了如何根据不同的研究目的，选择合适的尺度和模型，例如在研究燃料分子特性时，微观尺度模拟更为合适；而在优化工业燃烧器设计时，宏观 CFD 模拟则更为关键。这本书为我提供了一个清晰的研究框架，让我能够更有条理地去分析和解决燃烧领域中的各种问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书在处理数值精度和计算效率的权衡方面，为我提供了宝贵的指导。在实际的燃烧数值模拟工作中，我们常常面临着既要保证结果的准确性，又要控制计算时间的挑战。《“十三五”普通高等教育规划教材 燃烧数值模拟方法与应用》在这方面给出了非常有价值的建议。书中详细阐述了不同数值格式对计算精度的影响，例如，二阶和四阶精度格式在解析流动和温度梯度方面的差异，以及它们对数值耗散和色散的影响。我特别欣赏书中对自适应网格加密（Adaptive Mesh Refinement, AMR）技术的介绍，这种技术能够根据计算区域内物理量的梯度自动调整网格密度，从而在保证关键区域精度和节省计算资源之间取得平衡。此外，书中对并行计算技术的讨论也让我耳目一新，了解如何在多核处理器和集群系统中有效地并行化求解器，对于处理大规模三维燃烧模拟至关重要。作者通过具体的代码示例和性能评估，展示了不同并行策略的优劣，这为我将来进行大规模计算提供了重要的参考。书中对数值求解器收敛标准的设置也有深入的探讨，以及如何通过合理的收敛准则来判断计算是否收敛，避免不必要的计算浪费。总而言之，这本书让我认识到，燃烧数值模拟是一项需要综合考虑理论、方法和工程实践的复杂工作，而效率和精度的权衡是其中至关重要的一环。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚接触燃烧数值模拟领域的年轻工程师，我怀着无比期待的心情翻开了这本《“十三五”普通高等教育规划教材 燃烧数值模拟方法与应用》。初次拿到这本书，它的厚重感和严谨的排版就给我留下了深刻的印象，仿佛预示着它将为我打开一扇通往复杂燃烧世界的大门。我尤其欣赏作者在开篇部分对燃烧数值模拟发展历程的回顾，那种历史的厚重感和科学探索的艰辛让我对这项技术有了更直观的认识。从早期简化模型到如今复杂的CFD技术，每一步都凝聚了无数科学家的智慧和汗水。书中对不同尺度燃烧现象的梳理，从微观的分子动力学模拟到宏观的工业锅炉燃烧，清晰地勾勒出研究的脉络和方法的演变。我特别关注了书中对湍流燃烧模型的介绍，这是燃烧模拟中的一个核心难点，书中详细阐述了RANS、LES以及DNS等方法的原理、适用范围和各自的优缺点。例如，在介绍EDC模型时，书中结合了具体的数学公式和物理图像，让我能更深刻地理解其背后的耦合机制。此外，书中关于离散相模型（DPM）在多相流燃烧模拟中的应用也给了我很多启发，对于涉及液滴雾化、燃料蒸发和颗粒燃烧等问题的研究，DPM的引入无疑是必不可少的。我还在书中看到了关于化学反应动力学建模的部分，作者从基本反应速率理论讲起，逐步深入到复杂化学反应机理的构建和简化，这对于理解燃料的燃烧过程和产物生成至关重要。书中对网格生成和离散化方法的讨论也十分详尽，这是数值模拟能够有效进行的基础。作者通过丰富的图表和实例，生动地展示了不同网格划分策略对模拟精度和效率的影响，让我能够根据具体问题选择最合适的网格技术。总而言之，这本书为我提供了一个坚实的理论基础和广阔的视野，让我对燃烧数值模拟的各个方面都有了系统而深入的认识，为我未来的研究和工作打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书中最让我感到惊喜的是其丰富的应用案例。作为一名理论学习者，我一直渴望将书本上的知识与实际工程问题相结合。《“十三五”普通高等教育规划教材 燃烧数值模拟方法与应用》恰恰满足了我的这一需求。书中提供了多个不同领域的燃烧模拟实例，从内燃机燃烧室的优化设计，到燃气轮机燃烧器的火焰稳定性和污染物排放研究，再到工业锅炉的节能燃烧改造，这些案例的选择极具代表性，涵盖了当前燃烧领域的热点和难点问题。我尤其对书中关于内燃机燃烧模拟的章节印象深刻，作者详细讲解了如何在复杂的几何形状和多变的工况下，模拟燃料的喷射、雾化、蒸发、混合和燃烧过程，并结合实验数据对模拟结果进行了验证。这种理论与实践相结合的呈现方式，让我能够清晰地看到数值模拟在解决实际工程问题中所发挥的重要作用。书中对不同燃烧器设计的 CFD 分析过程也进行了详细的阐述，例如，如何通过调整空气动力学参数来改善火焰形状和提高燃烧效率，以及如何通过优化喷油策略来降低 NOx 和颗粒物的生成。对于我这样希望将数值模拟技术应用于产品研发的读者来说，这些案例提供的思路和方法是非常宝贵的。书中还涉及了对不同燃料（如汽油、柴油、天然气、氢气）燃烧特性的模拟分析，这对于能源转型和开发新型清洁能源具有重要的指导意义。看到这些真实世界的应用，让我更加坚信燃烧数值模拟的强大潜力和广阔前景，也激励我更加深入地学习和掌握相关的理论与技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书在对燃烧过程中关键物理化学现象的深入解析方面，达到了很高的学术水准。我尤其被书中对火焰传播机理和熄火/着火极限的详细论述所吸引。作者从基础的化学反应动力学出发，逐步深入到如何通过数值方法来捕捉和预测火焰的传播过程，包括层流火焰和湍流火焰。书中对不同湍流模型（如 k-ε, k-ω, LES, DNS）在模拟火焰传播时的适用性和局限性进行了深入的比较，并通过具体的数值算例展示了不同模型在预测火焰速度、火焰形状和燃烧稳定性方面的差异。我特别关注了书中关于扩散燃烧和预混燃烧模型的讨论，以及它们在不同应用场景下的优势。例如，在模拟天然气锅炉时，预混燃烧模型能够更准确地预测燃烧效率和污染物排放；而在模拟柴油发动机时，扩散燃烧模型则更为关键。书中对催化燃烧的介绍也让我眼前一亮，详细阐述了催化剂的表面反应机理以及如何将其耦合到 CFD 模型中，这对于开发新型清洁能源技术具有重要的意义。此外，书中关于燃烧不稳定性（如燃烧振荡）的研究，以及如何通过数值方法来预测和抑制燃烧不稳定性，也是我非常感兴趣的部分，这对于保障航空发动机和燃气轮机等设备的稳定运行至关重要。这本书为我深入理解燃烧的物理化学本质提供了坚实的理论基础，也为我将来进行相关的研究奠定了良好的起点。

评分☆☆☆☆☆

这本书中关于燃烧数值模拟结果验证和不确定性分析的部分，对我这样的实践者来说尤为宝贵。理论上的模型再完美，最终还是要经受住实验的检验，并了解其预测的可靠性。《“十三五”普通高等教育规划教材 燃烧数值模拟方法与应用》在这方面提供了十分详尽的指导。书中详细阐述了如何进行实验数据的获取和处理，以及如何将实验数据与数值模拟结果进行对比分析，从而评估模型的准确性。我特别关注了书中关于误差分析和不确定性量化的讨论，例如如何识别输入参数的不确定性，如何选择合适的概率模型，以及如何通过敏感性分析和蒙特卡洛模拟来量化输出结果的不确定性。这让我认识到，任何数值模拟的结果都伴随着一定的误差，而了解和量化这些不确定性，对于做出可靠的工程决策至关重要。书中也提供了多种验证方法，包括定性验证（如火焰形状、流动模式的对比）和定量验证（如火焰速度、温度、组分浓度的对比），并给出了具体的评估指标和标准。此外，书中对模型简化和工程近似的讨论也让我受益匪浅，了解在保证一定精度的前提下，如何通过简化模型来降低计算成本，提高模拟效率。总而言之，这本书让我认识到，燃烧数值模拟不仅仅是计算，更是一个严谨的科学研究过程，需要理论、模型、实验和误差分析的有机结合。

评分☆☆☆☆☆

我对书中关于软件选择和前后处理的实用性指导印象深刻。理论学习固然重要，但最终还是要落实到具体的软件操作上，《“十三五”普通高等教育规划教材 燃烧数值模拟方法与应用》在这方面提供了切实的帮助。书中简要介绍了目前主流的商用 CFD 软件（如 ANSYS Fluent, STAR-CCM+ 等）以及一些开源软件（如 OpenFOAM）的特点和适用范围，并针对性地给出了不同软件在处理燃烧模拟时的优缺点分析。这对于初学者来说，能够避免在软件选择上走弯路。书中对网格生成工具的介绍也十分全面，从几何模型的清理和修复，到不同类型网格（结构网格、非结构网格、混合网格）的生成方法，以及网格质量的评估和优化，都有详细的讲解。我尤其关注了书中关于边界条件设置的部分，准确的边界条件是获得可靠模拟结果的关键，作者通过列举多种常见的边界条件类型（如速度入口、压力出口、壁面边界、对称边界等），并给出相应的设置指导，让我能够更有信心地去处理实际问题。此外，书中对结果后处理的讲解，包括场变量的可视化（如速度矢量图、温度云图、火焰面可视化等），以及数据统计和分析（如流量、压力损失、污染物排放量的计算），都提供了清晰的操作流程和分析思路。这让我能够更好地理解和呈现模拟结果，并从中提取有价值的信息。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我理解和应用先进的数值技术解决实际的燃烧问题提供了极大的帮助。在我看来，燃烧数值模拟不仅仅是掌握一些基本方法，更重要的是能够灵活运用各种先进技术来应对复杂的工程挑战。《“十三五”普通高等教育规划教材 燃烧数值模拟方法与应用》在这方面给我留下了深刻的印象。书中对多尺度模拟方法的介绍，例如如何将微观的分子动力学模拟结果耦合到宏观的 CFD 模型中，以更精确地捕捉燃料的分解和反应过程，这是一种非常前沿的研究方向。我特别关注了书中关于模型降阶和机器学习在燃烧模拟中的应用，这些技术能够有效地减少计算量，提高模拟效率，尤其是在处理复杂化学反应机理时。书中对高性能计算（HPC）资源的利用和优化也进行了详细的阐述，包括如何设计和部署大规模并行计算任务，以及如何进行分布式数据处理和分析，这对于处理当今越来越庞大的模拟数据至关重要。此外，书中对不确定性量化（Uncertainty Quantification, UQ）的讨论也让我受益匪浅，了解如何评估输入参数的不确定性对模拟结果的影响，并进行可靠性分析，这对于工程设计中的风险评估具有重要的指导意义。这本书让我看到了燃烧数值模拟技术的最新发展趋势，也激励我不断学习和探索更先进的计算方法。

评分☆☆☆☆☆

把老师做的电站锅炉内燃烧过程数值模拟编成书，而且用的网格划分软件，CFD软件版本那么低！太令我失望了。

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质量一般吧。简单了解一下污染处理的过程。内容也是全面简单介绍。可以当做入门

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好

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程燃烧学/普通高等教育“十一五”国家级规划教材

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热动的专业书，可以买来参考

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拿到手的时候估计是旧书。