基本定义

在反应流体理论内容中通篇使用的某些特定术语汇总如下。

基本定义

网格单元停留时间

网格单元停留时间

τ_{r e s}

是计算网格单元化学时的时间步。对于非稳态流，这是指定时间步；对于稳态流，这是流体单元在网格单元中花费的时间，计算为网格单元中的质量除以网格单元中的质量通量。

图 1. EQUATION_DISPLAY

τ_{r e s} = \frac{m}{\dot{m}}

(3328)

燃烧过程变量

非标准化进程变量: 非标准化过程变量 $y$ 用于跟踪燃烧过程。它由 Simcenter STAR-CCM+ 根据化学焓或组分重量进行计算，具体取决于生成小火焰表时选择的选项。 $W_{i}$ 对于组分重量， $y$ 定义如下：; 图 2. EQUATION_DISPLAY

$y = Σ (W_{i} Y_{i})$

(3329)
非标准化过程变量变化: 非标准化过程变量变化 $y_{var}$ 使用输运方程或根据代数关系进行计算。; 图 3. EQUATION_DISPLAY

$y_{var} = \bar{{(y - \bar{y})}^{2}}$
(3330)
过程变量: 过程变量表示为 $c$ 。当 $c = 0$ 时，燃烧尚未开始。当 $c = 1$ 时，燃烧完成。Simcenter STAR-CCM+ 在计算过程变量时考虑所形成产物的比例，例如在碳氢化合物燃烧期间形成的和，或者在氢燃烧期间形成的。 $C O$ $C O_{2}$ $H_{2} O$; 图 4. EQUATION_DISPLAY

$c = \frac{y - y_{u}}{y_{b} - y_{u}}$

(3331)
过程变量变化: 过程变量变化定义如下：

$c_{var} = \bar{{(c - \bar{c})}^{2}}$

(3332); 基于非标准化过程变量及其变化计算。

当量比

当量比

Φ

将未烧混合物中的燃料-氧化剂质量分数

Y

与化学计量混合物中的该项关联系。它根据混合物中的碳、氢和氧含量进行计算：

图 5. EQUATION_DISPLAY

Φ = \frac{Y_{(C, H) u} / Y_{(O) u}}{{(Y_{(C, H) u} / Y_{(O) u})}_{s t o i c h}}

(3333)

图 6. EQUATION_DISPLAY

= \frac{m_{(C, H), u} / m_{(O), u}}{{(m_{(C, H), u} / m_{(O), u})}_{s t o i c h}}

(3334)

图 7. EQUATION_DISPLAY

= \frac{n_{(C, H), u} / n_{(O), u}}{{(n_{(C, H), u} / n_{(O), u})}_{s t o i c h}}

(3335)

其中，u 表示未燃烧物。

小火焰

小火焰是指薄层流火焰，在燃烧模拟中也可以称为精细结构。

质量分数

组分

i

的质量分数

Y_{i}

由混合物

m_{i}

中该组分的所有分子的总质量在混合物

m

中所有组分的所有分子的总质量中所占的分数给出：

图 8. EQUATION_DISPLAY

Y_{i} = \frac{m_{i}}{m}

(3336)

其中：

图 9. EQUATION_DISPLAY

m = \underset{i}{Σ} m_{i}

(3337)

且

m_{i}

计算如下：

图 10. EQUATION_DISPLAY

m_{i} = ρ_{i} V

(3338)

其中，

V

为体积。

平均分子量

混合物的平均分子量定义如下：

图 11. EQUATION_DISPLAY

{\bar{M}}_{w} = \frac{m}{n}

(3339)

合并 Eqn. (3342)、Eqn. (3344)、Eqn. (3336) 和 Eqn. (3339) 可得出摩尔分数与质量分数之间的关系表达式。

图 12. EQUATION_DISPLAY

Y_{i} = \frac{{M_{w}}_{i}}{{\bar{M}}_{w}} X_{i}

(3340)

混合分数

混合分数

Z

定义为源自燃料流的元素成分。例如，以在空气中燃烧的碳氢化合物分子 CnHm 为例。无论反应状态如何，混合分数是 C 和 H 的元素质量分数。也就是说，C 和 H 原子既可以存在于未燃烧的燃料 CnHm 中，也可以存在于 H₂O 和 CO₂ 的燃烧产物中。

混合分数的范围为 0（对于纯氧化剂流）到 1（对于纯燃料流）。

有关更多信息，请参见混合分数。

摩尔分数

组分

i

的摩尔分数

X_{i}

由该组分在混合物

n_{i}

中占据的摩尔数在混合物

n_{s}

中所有组分的摩尔总数中所占的分数给出：

图 14. EQUATION_DISPLAY

X_{i} = \frac{n_{i}}{n_{s}}

(3342)

其中：

图 15. EQUATION_DISPLAY

n_{s} = \underset{i}{Σ} n_{i}

(3343)

分子量

组分的分子量由组分中所有元素的原子量之和求得，并用给定组分中每种元素的原子数量加权。

i

e

A

n

图 16. EQUATION_DISPLAY

{M_{w}}_{i} = \underset{e}{Σ} n_{i e} A_{e}

(3344)

例如，氢分子 H2（由两个氢原子组成）的分子量是氢原子 H 的两倍。

分子量还可以根据组分的给定混合物计算得出：

图 17. EQUATION_DISPLAY

{M_{w}}_{i} = \frac{m_{i}}{n_{i}}

(3345)

其中，

n_{i}

为组分

i

的摩尔数，

m_{i}

为组分

i

的质量。

反应前锋（火焰前缘）

火焰中发生反应的位置称为火焰前缘或反应前锋。要确定火焰前缘的位置，通常监视氢氧化物（中间组分）浓度。

标量耗散率

标量耗散率

χ

是标量变量波动（由湍流导致）的耗散率。标量耗散率由以下公式给出：

图 18. EQUATION_DISPLAY

χ = \frac{D_{f} Z_{var}}{τ_{t u r b}}

(3346)

其中，

D

为有效扩散率，

τ_{t u r b}

为湍流时间尺度。

火焰温度在很大程度上取决于标量耗散率，最大火焰温度随标量耗散率的增加而降低。因此，标量耗散率的值较大可能会导致火焰熄灭。模拟湍流非预混火焰时，燃烧室的入口喷嘴附近的标量耗散率最高（速度较快）。喷嘴附近的火焰熄灭可能会导致湍流火焰升空。

化学计量系数

$υ_{i j}$ 是组分 $i$ 的化学计量系数，其定义参与反应 $j$ 的组分摩尔数。例如，对于涉及两个反应的系统，

图 19. EQUATION_DISPLAY

C H_{4} + 2 O_{2} \to C O_{2} + 2 H_{2} O

(3347)

图 20. EQUATION_DISPLAY

C + O_{2} \to C O_{2}

(3348)

化学计量系数为：


组分	反应 1	反应 2
$C H_{4}$	1	0
$O_{2}$	2	1
$C$	0	1
$C O_{2}$	1	1
$H_{2} O$	2	0

在 Simcenter STAR-CCM+ GUI 中，所有化学计量系数作为正数输入。

例如，反应 1（上文）表示每消耗一摩尔 $C H_{4}$ ，就会产生两摩尔 $H_{2} O$ 。