150多年前,法拉第首次对蜡烛燃烧的物理原理进行了全面的科学研究。由气体相互扩散的速率驱动的复杂燃烧在火焰中产生高度非线性的温度分布。火焰中的局部温度超过1400°C,传热包括辐射、传导和对流部件。蜡烛蜡的低熔点导致靠近灯芯的局部相变,使质量在火焰中燃烧之前通过毛细管流动进行传输。

图1所示。CCP过程的一维仿真显示离子数密度作为时间的函数

任何试图从基础物理的整体上精确地模拟蜡烛的运作都将是一项巨大的工程,需要的资源是不现实的。AltaSim Technologies将COMSOL Multiphysics V 3.5分析软件与通用策略结合起来,开发燃烧蜡烛的计算模型。这些模型着重分析了稳态蜡烛燃烧过程中的传热和流体流动。传热分析结合了传导、对流和辐射。从蜡烛火焰的辐射被包括在模型中,通过定义火焰的辐射面是非局部耦合到辐射气体体积。从这个表面发出的辐射是由火焰内的温度分布决定的,火焰内的气体因此被辐射冷却。为了减少计算量,本文采用人工扩散的方法对羽流复杂的动力学行为进行了计算。液体蜡内的传热采用各向异性导热模型,以考虑水平方向的对流。

图2:蜡的表面温度在燃烧期间,1/6对称模型。

图1显示了使用这种方法对半燃烧的三芯蜡烛的速度流场的预测,清楚地显示了流动从火焰的扩散。预测的温度分布在蜡内(图2)和在蜡烛容器比较顺利与实验测量。这些结果可以用来预测燃烧过程中固液界面的位置以及蜡烛和周围环境中的温度分布。

这些方法已应用于一系列的应用,以预测与燃烧火焰有关的温度分布。温度和流动图案受到容器内的火焰的空间位置,容器几何形状和容器内蜡烛的高度的影响。在蜡烛火焰附近的对流流动和传热可以预测热量向附近物体转移。

这项工作由L.T.进行。Gritter,S.P. Yushanov,J.s.Crompton和K.C.Altasim Technologies的Koppenhoefer使用Comsol Multiphysics。有关更多信息,请访问ittcannon.com


软件技术简报杂志yabovip16.com

本文首次发表于2010年9月号软件技术简报yabovip16.com杂志。

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