本發(fā)明涉及數據處理技術領域，具體涉及一種固體燃燒物燃燒過程仿真方法及服務器。

背景技術：

隨著計算機技術的發(fā)展進步，計算流體動力學逐漸在傳熱、傳質、動量傳遞、燃燒、多相流和化學反應等方面研究領域嶄露頭角，成為一種在設備研發(fā)、提高現(xiàn)有設備性能的重要研究手段。并在鍋爐、燃氣輪機、航天設計、汽車設計以及渦輪機設計等方面得到廣泛應用。

對于燃氣和燃燒顆粒的裝置，由于其燃料的成分單一，現(xiàn)有的計算流體動力學(computationalfluiddynamics，以下簡稱cfd)軟件中都有較為全面的模型及理論，可以利用現(xiàn)有的成熟模型對其燃燒過程進行仿真計算。對于遺物祭品焚燒爐，由于其燃燒的物質既不屬于氣體，也不屬于顆粒，目前在cfd軟件建模中通常采用多孔介質模型對其燃燒過程進行仿真。但是，現(xiàn)有的多孔介質模型中多孔介質只有孔隙率和一種材料的參數設置，且孔隙率和材料的參數在仿真中默認為常數，不能準確模擬在遺物祭品焚燒爐中的固體燃燒物的燃燒過程。

因此，如何提出一種仿真方法，能夠提高固體燃燒物在遺物祭品焚燒爐中燃燒過程仿真的準確性成為業(yè)界亟待解決的重要課題。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明提供一種固體燃燒物燃燒過程仿真方法及服務器。

一方面，本發(fā)明提出一種固體燃燒物燃燒過程仿真方法，包括：

建立焚燒爐三維幾何模型，并對所述焚燒爐三維幾何模型進行處理，所述處理包括設置流體區(qū)域以及所述固體燃燒物多孔介質區(qū)域，對焚燒爐的爐膛進行網格劃分，設置燃燒邊界條件；

根據預先建立的固體燃燒物的燃燒模型，對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真。

另一方面，本發(fā)明提供一種服務器，包括：

建模單元，用于建立焚燒爐三維幾何模型，并對所述焚燒爐三維幾何模型進行處理，所述處理包括設置流體區(qū)域以及所述固體燃燒物多孔介質區(qū)域，對焚燒爐的爐膛進行網格劃分，設置燃燒邊界條件；

仿真單元，用于根據預先建立的固體燃燒物的燃燒模型，對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真。

本發(fā)明提供的固體燃燒物燃燒過程仿真方法及服務器，由于能夠建立焚燒爐三維幾何模型，并設置流體區(qū)域以及所述固體燃燒物多孔介質區(qū)域，進行網格劃分，設置燃燒邊界條件，再根據預先建立的固體燃燒物的燃燒模型，對固體燃燒物的燃燒過程進行仿真，提高了固體燃燒物在焚燒爐中燃燒過程仿真的準確性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一實施例固體燃燒物燃燒過程仿真方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明另一實施例固體燃燒物燃燒過程仿真方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明又一實施例固體燃燒物燃燒過程仿真方法的流程示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例服務器的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明另一實施例服務器的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明又一實施例服務器的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明提供的固體燃燒物燃燒過程仿真方法，是基于cfd軟件提出的，cfd軟件有很多種，為了便于說明，在以下實施例中以本發(fā)明提供的固體燃燒物燃燒過程仿真方法在fluent軟件中的實現(xiàn)為例進行說明，在其它cfd軟件中實現(xiàn)本發(fā)明提供的固體燃燒物燃燒過程仿真方法與在fluent軟件中類似。

圖1為本發(fā)明一實施例固體燃燒物燃燒過程仿真方法的流程示意圖，如圖1所示，本發(fā)明提供的固體燃燒物燃燒過程仿真方法，包括：

s101、建立焚燒爐三維幾何模型，并對所述焚燒爐三維幾何模型進行處理，所述處理包括設置流體區(qū)域以及所述固體燃燒物多孔介質區(qū)域，進行網格劃分，設置燃燒邊界條件；

具體地，為了對固體燃燒物的燃燒過程進行仿真，服務器根據用于所述固體燃燒物燃燒的焚燒爐實體結構，建立所述焚燒爐的三維幾何模型，并對所述焚燒爐三維幾何模型進行處理，所述處理包括對所述焚燒爐的三維幾何模型設置流體區(qū)域以及所述固體燃燒物多孔介質區(qū)域，對所述焚燒爐的三維幾何模型的爐膛進行網格劃分，以及設置燃燒邊界條件；其中，所述網格劃分可以采用ansys中icem軟件實現(xiàn)。

s102、根據預先建立的所述固體燃燒物的燃燒模型以及處理后的所述焚燒爐三維幾何模型，對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真。

具體地，所述服務器在對所述焚燒爐三維幾何模型設置了流體區(qū)域、進行了網格劃分并設置燃燒邊界之后，基于所述固體燃燒物的燃燒模型，利用處理后的所述焚燒爐三維幾何模型，對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真。其中，所述燃燒模型是預先建立的。對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真，可以在fluent軟件中實現(xiàn)。

本發(fā)明提供的固體燃燒物燃燒過程仿真方法，由于能夠建立焚燒爐三維幾何模型，并設置流體區(qū)域以及所述固體燃燒物多孔介質區(qū)域，進行網格劃分，設置燃燒邊界條件，再根據預先建立的固體燃燒物的燃燒模型，對固體燃燒物的燃燒過程進行仿真，提高了固體燃燒物在焚燒爐中燃燒過程仿真的準確性。

圖2為本發(fā)明另一實施例固體燃燒物燃燒過程仿真方法的流程示意圖，如圖2所示，在上述實施例的基礎上，進一步地，建立所述固體燃燒物的燃燒模型的步驟包括：

s201、獲得所述固體燃燒物的組分，所述組分包括水分、固定碳、揮發(fā)份；其中，所述固體燃燒物的組分是通過對所述固體燃燒物進行工業(yè)分析獲得的；

具體地，所述服務器獲得所述固體燃燒物的組分，所述固體燃燒物的組分可以通過對所述固體燃燒物進行工業(yè)分析獲得，所述組分包括水分、固定碳和揮發(fā)份。

s202、建立所述固體燃燒物在燃燒過程中的質量守恒方程，所述質量守恒方程包括所述固體燃燒物的質量源項，所述固體燃燒物的質量源項為所述揮發(fā)份析出的質量、所述固定碳燃燒的質量和所述水分蒸發(fā)的質量之和；

具體地，質量守恒方程又稱連續(xù)性方程，所述服務器建立的所述固體燃燒物在燃燒過程中的所述質量守恒方程可以表示為：

其中，為流場物質的密度隨時間的變化，由對流項，即宏觀速度引起的對流以及所述固體燃燒物的質量源項變化引起，為所述對流項，sm為所述固體燃燒物的質量源項，由所述揮發(fā)份析出的質量、所述固定碳燃燒的質量和所述水分蒸發(fā)的質量之和計算得出。

s203、建立所述固體燃燒物在燃燒過程中的質量分數守恒方程，所述質量分數守恒方程包括所述揮發(fā)份的化學反應變化率、所述揮發(fā)份析出的質量源項、所述固定碳燃燒的質量源項和所述水分蒸發(fā)的質量源項；其中，所述揮發(fā)份析出的質量源項、所述固定碳燃燒的質量源項和所述水分蒸發(fā)的質量源項分別根據各自對應的質量、反應速率和燃燒時間計算獲得；

具體地，所述服務器根據所述固體燃燒物的組分，建立所述固體燃燒物在燃燒過程中的質量分數守恒方程，所述質量分數守恒方程可以表示如下：

其中，ρ為流場物質的密度，即氣體的密度，yi為流場中氣體組分i的濃度，為由于氣體的對流導致的氣體組分的輸運，即對流導致的氣體組分擴散，為所述氣體組分i的擴散通量，主要由濃度梯度及溫度梯度引起，ri為所述揮發(fā)份化學反應引起的氣體濃度的變化率，即所述揮發(fā)份化學反應的生成率或消耗率，可以表示為：

其中，di,m為氣體的擴散系數，sct為湍流施密特數，μt為湍流粘度，dt＝μt/sct為湍流擴散系數，dt,i為溫度梯度擴散系數，t為流場的溫度值。

所述固體燃燒物在所述焚燒爐中的燃燒包括四個過程，水分的蒸發(fā)、揮發(fā)份析出、揮發(fā)份的燃燒和固定碳的燃燒。其中，所述揮發(fā)份是所述固體燃燒物在燃燒過程中析出的氣體，所述揮發(fā)份析出的成分包括ch4、co、和h2。在本申請中，對揮發(fā)份的燃燒機理采用如下三個反應方程進行描述：

ch4+1.5o2→co+2h2o

co+0.5o2→co2

h2+o2→h2o

對于所述揮發(fā)份化學反應的變化率，可以通過上述反應方程以及查找所述揮發(fā)份燃燒反應動力學參數計算獲得。例如，對于反應方程ch4+1.5o2→co+2h2o，可以查找手冊或者文獻獲得指前因子a＝5.012x10¹¹，活化能為e＝2x10⁸，反應速率指數re＝0.7[ch4]，0.8[o2]，可以計算出上述反應方程中的ch4和o2的變化率5.012×10¹¹[ch4]^0.7[o2]^0.8exp(-(2×10⁸)/(rt))，其中，r為廣義氣體常數，t為劃分的網格上的溫度值。

si為所述揮發(fā)份析出的質量源項、所述固定碳燃燒的質量源項或者所述水分蒸發(fā)的質量源項；其中，所述揮發(fā)份析出的質量源項可以通過所述揮發(fā)份析出的質量、所述揮發(fā)份析出的反應速率和燃燒時間之積計算獲得，所述揮發(fā)份析出的質量可以通過工業(yè)分析獲得，所述揮發(fā)份析出的反應速率可以通過熱重分析獲得，所述燃燒時間是在對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真設定的；所述固定碳燃燒的質量源項可以通過所述固定碳的質量、所述固定碳的反應速率和所述燃燒時間之積計算獲得，所述固定碳的質量可以通過工業(yè)分析獲得，所述固定碳的反應速率可以通過熱重分析獲得；所述水分蒸發(fā)的質量源項可以通過所述水分蒸發(fā)的質量、所述水分蒸發(fā)的反應速率和所述燃燒時間之積計算獲得，所述水分蒸發(fā)的質量可以通過工業(yè)分析獲得，所述水分蒸發(fā)的反應速率可以通過查詢手冊獲得。其中，所述燃燒時間根據實際情況進行設定，本發(fā)明實施例不做限定。

s203、建立所述固體燃燒物在燃燒過程中的能量方程，所述能量方程分為多孔介質區(qū)域的能量方程和流體區(qū)域的能量方程，所述多孔介質區(qū)域的能量方程包括所述揮發(fā)份析出的能量源項、所述固定碳燃燒的能量源項和所述水分蒸發(fā)的能量源項；其中，所述揮發(fā)份析出的能量源項、所述固定碳燃燒的能量源項和水分蒸發(fā)的能量源項分別根據各自對應的燃燒熱值及對應的質量在所述燃燒時間內的變化計算獲得。

具體地，由于所述固體燃燒物的燃燒區(qū)域分為包含所述固體燃燒物的多孔介質區(qū)域及包含所述揮發(fā)份的流體區(qū)域，對于不同的燃燒區(qū)域應用的能量方程不同。所述服務器建立所述固體燃燒物在燃燒過程中的能量方程包括多孔介質區(qū)域的能量方程和流體區(qū)域的能量方程。

所述流體區(qū)域的能量方程可以表示為：

其中，ρ為流場物質的密度，v為流場的速度，p為流場的壓力，keff為導熱系數，t為所述流場的溫度值，為所述揮發(fā)份j的擴散通量，為粘度耗散率，sh為所述揮發(fā)份的能量源項，e由如下方程給出其中，v為流場的速度，h為焓值，由所述揮發(fā)份中各組分焓值之和計算獲得，即h＝∑jyjhj，其中hj為所述揮發(fā)份j的焓值，其中，cp,j為氣體的定壓比熱，tref為參考溫度。其中，流場物質的密度通過物性手冊獲得，所述流場的速度通過流體仿真軟件計算獲得，所述流場的壓力通過方程迭代獲得，所述參考溫度通過軟件流場計算獲得，所述導熱系數和所述氣體的定壓比熱為公知常識，可以通過查詢獲得。

由于多孔介質中既包含固體又包含流體介質，所以其中的綜合傳熱系數用有效導熱系數來描述。所述固體燃燒物的含量由孔隙率來描述。由于固體的燃燒，所述多孔介質區(qū)域的孔隙率隨時間不斷變大，強化了局部的氣體流動輻射換熱。除了對流與輻射換熱對溫度的影響，所述多孔介質區(qū)域的能量方程中還需要考慮化學反應與水分蒸發(fā)、揮發(fā)份析出對溫度場的影響。綜上，所述多孔介質區(qū)域的能量方程可以表示為：

其中，γ為所述固體燃燒物的孔隙率，ρf為固體空隙中氣體的密度，ef為氣體的焓值，ρs為所述固體燃燒物的密度，es為所述固體燃燒物的焓值，p為流場壓力值，v為流場速度，keff為多孔介質中的有效導熱系數，通過公式keff＝γkf+(1-γ)ks計算獲得，其中，其中kf為流體的導熱系數，ks為所述固體燃燒物的導熱系數，hj為組分j的焓值，jj為組分j的擴散通量，為粘度擴散率，sh為所述揮發(fā)份析出的能量源項、所述固定碳燃燒的能量源項和所述水分蒸發(fā)的能量源項；其中，所述揮發(fā)份析出的能量源項可以通過所述揮發(fā)份析出的燃燒熱值與在所述燃燒時間內所述揮發(fā)份析出的質量變化計算獲得，所述固定碳燃燒的能量源項可以通過所述固定碳的燃燒熱值與在所述燃燒時間內所述固定碳的質量變化計算獲得，所述水分蒸發(fā)的能量源項可以通過所述水分蒸發(fā)的燃燒熱值與在所述燃燒時間內所述水分蒸發(fā)的質量變化計算獲得；所述固體燃燒物的孔隙率的初始值通過試驗獲得，固體空隙中氣體的密度通過所在區(qū)域的溫度和壓力計算獲得，所述固體燃燒物的密度通過工業(yè)分析獲得，所述氣體的焓值、所述固體燃燒物的焓值、所述流體的導熱系數根據溫度和壓力手冊獲得，所述固體燃燒物的導熱系數為常數。

在上述各實施例的基礎上，進一步地，所述揮發(fā)份析出的反應速率、所述固定碳燃燒的反應速率和所述水分蒸發(fā)的反應速率根據阿累尼烏斯方程計算獲得。

具體地，在固體燃燒物的燃燒過程中，所述揮發(fā)份析出的反應速率、所述固定碳燃燒的反應和所述水分蒸發(fā)的反應速率由阿累尼烏斯方程控制，可以通過如下公式計算獲得：

其中，k所述揮發(fā)份析出的反應速率、所述固定碳燃燒的反應或者所述水分蒸發(fā)的反應速率，a為指前因子，e為活化能，r為廣義氣體常數，t為固體燃燒物燃燒過程仿真過程中劃分的網格上的溫度值。a、e和r的值可以通過手冊、文獻以及熱重實驗獲得。

圖3為本發(fā)明又一實施例固體燃燒物燃燒過程仿真方法的流程示意圖，如圖3所示，在上述各實施例的基礎上，進一步地，所述根據預先建立的固體燃燒物的燃燒模型以及處理后的所述焚燒爐三維幾何模型，對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真包括：

s1021、設置所述固體燃燒物的初始狀態(tài)，所述初始狀態(tài)包括所述固體燃燒物的質量，所述固體燃燒物中各組分的質量份數、所述各組分的燃燒熱值、所述固體燃燒物的孔隙率和溫度；

具體地，在對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真前，所述服務器需要設定所述固體燃燒物的初始狀態(tài)，所述初始狀態(tài)包括所述固體燃燒物的質量，所述固體燃燒物中各組分的質量份數、所述各組分的燃燒熱值、所述固體燃燒物的孔隙率和溫度。其中，所述固體燃燒物的質量、所述固體燃燒物中各組分的質量份數、所述固體燃燒物中各組分的燃燒熱值可以通過對所述固體燃燒物進行工業(yè)分析獲得，所述固體燃燒物的孔隙率可以通過實驗測量獲得，所述溫度可以設定為常溫。

s1022、根據所述固體燃燒物的質量、所述各組分的質量份數、所述孔隙率、所述溫度以及所述燃燒模型，計算獲得在預設燃燒時間后所述固體燃燒物中所述各組分的剩余質量，并更新所述各組分的質量份數以及所述孔隙率；

具體地，所述燃燒過程的模擬在fluent軟件中實現(xiàn)，所述服務器在fluent軟件中開啟所述燃燒模型，包括所述質量守恒方程、所述質量分數守恒方程、所述能量方程、湍流方程和輻射模型，所述湍流方程和所述輻射模型采用fluent軟件中默認設置的。所述服務器將所述固體燃燒物的質量、所述各組分的質量份數、所述孔隙率和所述溫度輸入到所述燃燒模型中，可以計算獲得在預設燃燒時間后所述固體燃燒物中所述各組分的剩余質量，所述預設燃燒時間根據實際情況進行設置，本發(fā)明實施例不做限定。所述服務器根據所述各組分的剩余質量，更新所述各組分的質量份數以及所述孔隙率，所述孔隙率的具體計算過程為現(xiàn)有技術，此處不再贅述。

s1023、根據所述各組分的燃燒熱值以及對應的在所述預設時間內各組分質量的變化，更新所述各組分的能量源項；

具體地，所述固體燃燒物在燃燒的過程中伴隨著能量的變化，在初始狀態(tài)，所述固體燃燒物沒有進行燃燒，所述各組分的能量源項為零，所述固體燃燒物在燃燒過程中放出熱量，相應地，所述各組分的能量源項發(fā)生變化。所述服務器可以獲得在所述預設時間內所述各組分質量的變化，根據所述各組分的燃燒熱值及對應的所述各組分質量的變化，對所述各組分的能量源項進行更新。

s1024、若判斷獲知所述各組分的質量份數在所述預設燃燒時間內的變化率低于預設值，則終止所述仿真過程；否則，繼續(xù)所述仿真過程。

具體地，在實際燃燒中，經過一定的時間，所述固體燃燒物會燃燒殆盡。相應地，在所述燃燒過程的仿真過程中，所述服務器可以計算所述各組分的質量份數在所述預設燃燒時間內的變化率，將所述變化率與預設值進行比較，如果所述變化率低于預設值，則判斷所述固體燃燒物燃燒殆盡，所述服務器終止所述仿真過程；如果所述變化率大于等于所述預設值，所述服務器繼續(xù)所述仿真過程，即在下一個所述預設燃燒時間后，所述服務器更新所述各組分的質量分數、所述孔隙率以及所述各組分的能量源項，然后再計算所述各組分的質量份數在所述下一個所述預設燃燒時間內的變化率，判斷終止還是繼續(xù)所述仿真過程。

在上述各實施例的基礎上，進一步地，所述方法還包括：

輸出對所述固體燃燒物燃燒過程進行仿真獲得的燃燒參數，以便對所述焚燒爐進行改進；其中，所述燃燒參數是與所述燃燒過程相關的參數。

具體地，所述服務器可以在不同工況條件下對所述固體燃燒物燃燒過程進行仿真，輸出不同工況條件下的燃燒參數，所述燃燒參數是與所述燃燒過程相關的參數，包括燃燒時間、速度場分布、污染物的分布等。所述燃燒參數，可以為所述焚燒爐的結構的改進提供參考。

例如，通過對所述速度場分布的分析，可以得知在焚燒爐的設計中，可以適當增大旋轉區(qū)域的空間，使混合氣體在這一部分的停留時間變大，延長反應時間，有利于氣體的完全燃燒。

圖4為本發(fā)明一實施例服務器的結構示意圖，如圖4所示，本發(fā)明提供的一種服務器包括建模單元401和仿真單元402，其中：

建模單元401用于建立焚燒爐三維幾何模型，并對所述焚燒爐三維幾何模型進行處理，所述處理包括設置流體區(qū)域以及所述固體燃燒物多孔介質區(qū)域，進行網格劃分，設置燃燒邊界條件；仿真單元402用于根據預先建立的所述固體燃燒物的燃燒模型以及處理后的所述焚燒爐三維幾何模型，對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真。

具體地，為了對固體燃燒物的燃燒過程進行仿真，建模單元401根據用于所述固體燃燒物燃燒的焚燒爐實體結構，建立所述焚燒爐的三維幾何模型，并對所述焚燒爐三維幾何模型進行處理，所述處理包括對所述焚燒爐的三維幾何模型設置流體區(qū)域以及所述固體燃燒物多孔介質區(qū)域，對所述焚燒爐的三維幾何模型的爐膛進行網格劃分，以及設置燃燒邊界條件；其中，所述網格劃分可以采用ansys中icem軟件實現(xiàn)。

在對所述焚燒爐三維幾何模型設置了流體區(qū)域、進行了網格劃分并設置燃燒邊界之后，仿真單元402基于所述固體燃燒物的燃燒模型，利用處理后的所述焚燒爐三維幾何模型，對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真。其中，所述燃燒模型是預先建立的。對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真，可以在fluent軟件中實現(xiàn)。

本發(fā)明提供的服務器，由于能夠建立焚燒爐三維幾何模型，并設置流體區(qū)域以及所述固體燃燒物多孔介質區(qū)域，進行網格劃分，設置燃燒邊界條件，再根據預先建立的固體燃燒物的燃燒模型，對固體燃燒物的燃燒過程進行仿真，提高了固體燃燒物在焚燒爐中燃燒過程仿真的準確性。

圖5為本發(fā)明另一實施例服務器的結構示意圖，如圖5所示，在上述各實施例的基礎上，進一步地，所述服務器還包括獲得單元403、第一建立單元404、第二建立單元405和第三建立單元406，其中：

獲得單元403用于獲得所述固體燃燒物的組分，所述組分包括水分、固定碳、揮發(fā)份；其中，所述固體燃燒物的組分是通過對所述固體燃燒物進行工業(yè)分析獲得的；第一建立單元404用于建立所述固體燃燒物在燃燒過程中的質量守恒方程，所述質量守恒方程包括所述固體燃燒物的質量源項，所述固體燃燒物的質量源項為所述揮發(fā)份析出的質量、所述固定碳燃燒的質量和所述水分蒸發(fā)的質量之和；第二建立單元405用于建立所述固體燃燒物在燃燒過程中的質量分數守恒方程，所述質量分數守恒方程包括所述揮發(fā)份的化學反應變化率、所述揮發(fā)份析出的質量源項、所述固定碳燃燒的質量源項和所述水分蒸發(fā)的質量源項；其中，所述揮發(fā)份析出的質量源項、所述固定碳燃燒的質量源項和所述水分蒸發(fā)的質量源項分別根據各自對應的質量、反應速率和燃燒時間計算獲得；第三建立單元406用于建立所述固體燃燒物在燃燒過程中的能量方程，所述能量方程分為多孔介質區(qū)域的能量方程和流體區(qū)域的能量方程，所述多孔介質區(qū)域的能量方程包括所述揮發(fā)份析出的能量源項、所述固定碳燃燒的能量源項和所述水分蒸發(fā)的能量源項；其中，所述揮發(fā)份析出的能量源項、所述固定碳燃燒的能量源項和水分蒸發(fā)的能量源項分別根據各自對應的燃燒熱值及對應的質量在所述燃燒時間內的變化計算獲得。

具體地，獲得單元403獲得所述固體燃燒物的組分，所述固體燃燒物的組分可以通過對所述固體燃燒物進行工業(yè)分析獲得，所述組分包括水分、固定碳和揮發(fā)份。

質量守恒方程又稱連續(xù)性方程，第一建立單元404建立的所述固體燃燒物在燃燒過程中的所述質量守恒方程可以表示為：

其中，為流場物質的密度隨時間的變化，由對流項，即宏觀速度引起的對流以及所述固體燃燒物的質量源項變化引起，為所述對流項，sm為所述固體燃燒物的質量源項，由所述揮發(fā)份析出的質量、所述固定碳燃燒的質量和所述水分蒸發(fā)的質量之和計算得出。

第二建立單元405根據所述固體燃燒物的組分，建立所述固體燃燒物在燃燒過程中的質量分數守恒方程，所述質量分數守恒方程可以表示如下：

其中，ρ為流場物質的密度，yi為流場中氣體組分i的濃度，為由于氣體的對流導致的氣體組分擴散，為所述組分i的擴散通量，主要由濃度梯度及溫度梯度引起，ri為所述揮發(fā)份化學反應引起的氣體濃度的變化率，即所述揮發(fā)份化學反應的生成率或消耗率，可以表示為：

其中，di,m為氣體的擴散系數，sct為湍流施密特數，μt為湍流粘度，dt＝μt/sct為湍流擴散系數，dt,i為溫度梯度引起的擴散系數，t為所述流場的溫度值，單位為k，開爾文，絕對溫度。

所述固體燃燒物在所述焚燒爐中的燃燒包括四個過程，水分的蒸發(fā)、揮發(fā)份析出、揮發(fā)份的燃燒和固定碳的燃燒。其中，所述揮發(fā)份是所述固體燃燒物在燃燒過程中析出的氣體，所述揮發(fā)份析出的成分包括ch4、co、和h2。在本申請中，對揮發(fā)份的燃燒機理采用如下三個反應方程進行描述：

ch4+1.5o2→co+2h2o

co+0.5o2→co2

h2+o2→h2o

對于所述揮發(fā)份化學反應的變化率，可以通過上述反應方程以及查找所述揮發(fā)份燃燒反應動力學參數計算獲得。例如，對于反應方程ch4+1.5o2→co+2h2o，可以查找手冊或者文獻獲得指前因子a＝5.012x10¹¹，活化能為e＝2x10⁸，反應速率指數re＝0.7[ch4]，0.8[o2]，可以計算出上述反應方程中的ch4和o2的變化率5.012×10¹¹[ch4]^0.7[o2]^0.8exp(-(2×10⁸)/(rt))，其中，r為廣義氣體常數，t為劃分的網格上的溫度值。

si為所述揮發(fā)份析出的質量源項、所述固定碳燃燒的質量源項或者所述水分蒸發(fā)的質量源項；其中，所述揮發(fā)份析出的質量源項可以通過所述揮發(fā)份析出的質量、所述揮發(fā)份析出的反應速率和燃燒時間之積計算獲得，所述揮發(fā)份析出的質量可以通過工業(yè)分析獲得，所述揮發(fā)份析出的反應速率可以通過熱重分析獲得，所述燃燒時間是在對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真設定的；所述固定碳燃燒的質量源項可以通過所述固定碳的質量、所述固定碳的反應速率和所述燃燒時間之積計算獲得，所述固定碳的質量可以通過工業(yè)分析獲得，所述固定碳的反應速率可以通過熱重分析獲得；所述水分蒸發(fā)的質量源項可以通過所述水分蒸發(fā)的質量、所述水分蒸發(fā)的反應速率和所述燃燒時間之積計算獲得，所述水分蒸發(fā)的質量可以通過工業(yè)分析獲得，所述水分蒸發(fā)的反應速率可以通過查詢手冊獲得，所述燃燒時間是在對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真設定的。其中，所述燃燒時間根據實際情況進行設定，本發(fā)明實施例不做限定。

由于所述固體燃燒物的燃燒區(qū)域分為包含所述固體燃燒物的多孔介質區(qū)域及包含所述揮發(fā)份的流體區(qū)域，對于不同的燃燒區(qū)域應用的能量方程不同。第三建立單元406建立所述固體燃燒物在燃燒過程中的能量方程包括多孔介質區(qū)域的能量方程和流體區(qū)域的能量方程。

所述流體區(qū)域的能量方程可以表示為：

其中，ρ為流場物質的的密度，v為流場速度，p為流場的壓力，keff為導熱系數，t為所述流場的溫度值，為所述揮發(fā)份j的擴散通量，為粘度耗散率，sh為所述揮發(fā)份的能量源項，e由如下方程給出其中，v為流體的速度，h為焓值，由所述揮發(fā)份中各組分焓值之和計算獲得，即h＝∑jyjhj，其中hj為所述揮發(fā)份j的焓值，其中，cp,j為氣體的定壓比熱，tref為參考溫度，為0℃，即273.15k。

由于多孔介質中既包含固體又包含流體介質，所以其中的綜合傳熱系數用有效導熱系數來描述。所述固體燃燒物的含量由孔隙率來描述。由于固體的燃燒，所述多孔介質區(qū)域的孔隙率隨時間不斷變大，強化了局部的氣體流動輻射換熱。除了對流與輻射換熱對溫度的影響，所述多孔介質區(qū)域的能量方程中還需要考慮化學反應與水分蒸發(fā)、揮發(fā)份析出對溫度場的影響。綜上，所述多孔介質區(qū)域的能量方程可以表示為：

其中，γ為所述固體燃燒物的孔隙率，ρf為固體空隙中氣體的密度，ef為氣體的焓值，ρs為所述固體燃燒物的密度，es為所述固體燃燒物的焓值，p為流場壓力值，，v為流場速度，keff為多孔介質中的有效導熱系數，通過公式keff＝γkf+(1-γ)ks計算獲得，其中，其中kf為流體的導熱系數，ks為固體的導熱系數，hj為組分j的焓值，jj為組分j的擴散通量，為粘度擴散率，sh為所述揮發(fā)份析出的能量源項、所述固定碳燃燒的能量源項和所述水分蒸發(fā)的能量源項；其中，所述揮發(fā)份析出的能量源項可以通過所述揮發(fā)份析出的燃燒熱值與在所述燃燒時間內所述揮發(fā)份析出的質量變化計算獲得，所述固定碳燃燒的能量源項可以通過所述固定碳的燃燒熱值與在所述燃燒時間內所述固定碳的質量變化計算獲得，所述水分蒸發(fā)的能量源項可以通過所述水分蒸發(fā)的燃燒熱值與在所述燃燒時間內所述水分蒸發(fā)的質量變化計算獲得。

在上述各實施例的基礎上，進一步地，所述揮發(fā)份析出的反應速率、所述固定碳燃燒的反應速率和所述水分蒸發(fā)的反應速率根據阿累尼烏斯方程計算獲得。

具體地，在固體燃燒物的燃燒過程中，所述揮發(fā)份析出的反應速率、所述固定碳燃燒的反應和所述水分蒸發(fā)的反應速率由阿累尼烏斯方程控制，可以通過如下公式計算獲得：

其中，k所述揮發(fā)份析出的反應速率、所述固定碳燃燒的反應或者所述水分蒸發(fā)的反應速率，a為指前因子，e為活化能，r為廣義氣體常數，t為固體燃燒物燃燒過程仿真過程中劃分的網格上的溫度值。a、e和r的值可以通過手冊、文獻以及熱重實驗獲得。

圖6為本發(fā)明又一實施例服務器的結構示意圖，如圖6所示，在上述各實施例的基礎上，進一步地，仿真單元402具體包括設置子單元4021、第一更新單元4022、第二更新單元4023和判斷子單元4024，其中：

設置子單元4021用于設置所述固體燃燒物的初始狀態(tài)，所述初始狀態(tài)包括所述固體燃燒物的質量，所述固體燃燒物中各組分的質量份數、所述各組分的燃燒熱值、所述固體燃燒物的孔隙率和溫度；第一更新單元4022用于根據所述固體燃燒物的質量、所述各組分的質量份數、所述孔隙率、所述溫度以及所述燃燒模型，計算獲得在預設燃燒時間后所述固體燃燒物中所述各組分的剩余質量，并更新所述各組分的質量份數以及所述孔隙率；第二更新單元4023用于根據所述各組分的燃燒熱值以及對應的在所述預設時間內各組分質量的變化，更新所述各組分的能量源項；判斷子單元4024用于若判斷獲知所述各組分的質量份數在所述預設燃燒時間內的變化率低于預設值，則所述仿真過程終止；否則，繼續(xù)所述仿真過程。

具體地，在對所述固體燃燒物的燃燒過程進行仿真前，設置子單元4021需要設定所述固體燃燒物的初始狀態(tài)，所述初始狀態(tài)包括所述固體燃燒物的質量，所述固體燃燒物中各組分的質量份數、所述固體燃燒物中各組分的燃燒熱值、所述固體燃燒物的孔隙率和溫度。其中，所述固體燃燒物的質量、所述固體燃燒物中各組分的質量份數、所述各組分的燃燒熱值可以通過對所述固體燃燒物進行工業(yè)分析獲得，所述固體燃燒物的孔隙率可以通過實驗測量獲得，所述溫度可以設定為常溫。

所述燃燒過程的模擬在fluent軟件中實現(xiàn)，第一更新單元4022在fluent軟件中開啟所述燃燒模型，包括所述質量守恒方程、所述質量分數守恒方程、所述能量方程、湍流方程和輻射模型，所述湍流方程和所述輻射模型采用fluent軟件中默認設置的。第一更新單元4022將所述固體燃燒物的質量、所述各組分的質量份數、所述孔隙率和所述溫度輸入到所述燃燒模型中，可以計算獲得在預設燃燒時間后所述固體燃燒物中所述各組分的剩余質量，所述預設燃燒時間根據實際情況進行設置，本發(fā)明實施例不做限定。第一更新單元4022根據所述各組分的剩余質量，更新所述各組分的質量份數以及所述孔隙率，所述孔隙率的具體計算過程為現(xiàn)有技術，此處不再贅述。

所述固體燃燒物在燃燒的過程中伴隨著能量的變化，在初始狀態(tài)，所述固體燃燒物沒有進行燃燒，所述各組分的能量源項為零，所述固體燃燒物在燃燒過程中放出熱量，相應地，所述各組分的能量源項發(fā)生變化。第二更新單元4023可以獲得在所述預設時間內所述各組分質量的變化，根據所述各組分的燃燒熱值及對應的所述各組分質量的變化，對所述各組分的能量源項進行更新。

在實際燃燒中，經過一定的時間，所述固體燃燒物會燃燒殆盡。相應地，在所述燃燒過程的仿真過程中，判斷子單元4024可以計算所述各組分的質量份數在所述預設燃燒時間內的變化率，將所述變化率與預設值進行比較，如果所述變化率低于預設值，則判斷所述固體燃燒物燃燒殆盡，判斷子單元4024終止所述仿真過程；如果所述變化率大于等于所述預設值，所述服務器繼續(xù)所述仿真過程，即在下一個所述預設燃燒時間后，第一更新單元4022更新所述各組分的質量分數和所述孔隙率，第二更新單元4023更新所述各組分的能量源項，判斷子單元4024再計算所述各組分的質量份數在所述下一個所述預設燃燒時間內的變化率，判斷終止還是繼續(xù)所述仿真過程。

在上述各實施例的基礎上，進一步地，所述服務器還包括輸出單元，其中：

所述輸出單元用于輸出對所述固體燃燒物燃燒過程進行仿真獲得的燃燒參數，以便對所述焚燒爐進行改進；其中，所述燃燒參數是與所述燃燒過程相關的參數。所述燃燒參數，可以為所述焚燒爐的結構的改進提供參考。

具體地，所述服務器可以在不同工況條件下對所述固體燃燒物燃燒過程進行仿真，所述輸出單元輸出不同工況條件下的燃燒參數，所述燃燒參數是與所述燃燒過程相關的參數，包括燃燒時間、速度場分布、污染物的分布等。

本發(fā)明提供的服務器的實施例具體可以用于執(zhí)行上述各方法實施例的處理流程，其功能在此不再贅述，可以參照上述方法實施例的詳細描述。

以上所描述的服務器實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上?？梢愿鶕嶋H的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創(chuàng)造性的勞動的情況下，即可以理解并實施。

通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到各實施方式可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)，當然也可以通過硬件?；谶@樣的理解，上述技術方案本質上或者說對現(xiàn)有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產品可以存儲在計算機可讀存儲介質中，如rom/ram、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執(zhí)行各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。