Comsol模拟烟花释放过程

Comsol模拟烟花释放过程

关键词：烟花；粒子追踪；动态模拟；Comsol仿真；数值模拟

1. 烟花释放原理

（1）烟花的成分

  烟花与爆竹结构类似，都包含火药和药引。火药成分有硫黄、木炭粉、硝酸钾、氯酸钾等。同时，制作烟花的过程中还会加入一些发光剂和发色剂能够使烟花放出五彩缤纷的颜色。发光剂是金属镁或金属铝的粉末。当这些金属燃烧时，会发出白炽的强光，而发色剂是一些金属化合物。例如制作闪光雷、电光炮、烟花炮、彩色焰火时，还要加入镁粉、铁粉、铝粉、锑粉及无机盐。

（2）烟花为什么是五颜六色的？

  不同种类的金属化合物在燃烧时，会发放出不同颜色的光芒。氯化钠和硫酸钠都属于钠的化合物，它们在燃烧时便会发出金黄色火焰。同理，硝酸钙和碳酸钙在燃烧时会发出砖红色火焰。在化学上，常常会运用以上结果来测试物质中所含的金属，这类型的实验就称为焰色实验，也叫作焰色反应。  根据产生焰色效应的原理，就可以制成各种颜色的火焰，其办法即是在烟花药品剂中，加入一些能使药剂燃烧时火焰能被染成需要颜色的物质。例如：红色火焰是利用氯化锶的分子辐射光谱；绿色的火焰是氯化铜的火焰颜色，黄绿色火焰是利用氯化钡、氧化钡的分子辐射光谱，橙色和紫色火焰则是利用光谱色混合规律而创造出来的，用红色光和黄色光可配成橙色光；用红色光和兰色光可配制成紫色光。

图1. 璀璨的烟花

2. 模型简介

搭建一个三维球体用于模拟烟花释放的空间，并单独截取xy平面用于释放烟花粒子,具体计算模型如图2所示。

图2. 烟花释放空间和平面

3. 物理场边界条件

基于数学模块的数学粒子追踪方程对烟花释放过程进行描述，具体边界条件和网格划分如图3和4所示。

图3. 物理场边界条件

图4. 网格分布图

4. 结果展示

烟花释放过程如下所示。