燃烧和点燃
Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 为模拟内燃机中的燃烧过程提供了有效方法。
为了对发动机性能进行全面预测，缸内 CFD 模拟应全面了解设备的广泛物理，例如燃料和空气之间的湍流混合、点燃和燃烧化学、废气再循环 (EGR) 对排放的影响以及功率输出和效率。
燃烧
为模拟上述过程，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 提供了以下燃烧模型：
- 已扩展拟序火焰模型三区域 (ECFM-3Z)
ECFM-3Z 模型是通用的燃烧模型，能够模拟现代内燃机特有的湍流混合、火焰传播、扩散燃烧和污染物排放的复杂机制。
- 具有平衡焓限制燃烧的扩展拟序火焰模型 (ECFM-CLEH)
ECFM-CLEH 模型是一种燃烧率受复杂化学给定的热力学平衡限制的燃烧模型。此模型提供了一种被动 CO 排放模型（可选），其中考虑了因不完全燃烧而产生的 CO。
- 指定的燃烧率
指定的燃烧率模型可用于通过分析函数（Wiebe 函数）预先指定燃料燃烧率。因此，可以避免基于复杂的物理和化学过程计算化学反应率。
- 复杂化学
复杂化学模型可用于向 ICE 模拟中引入详细的化学信息。此燃烧模型可以求解数百个组分中的数千个反应。复杂化学模型需要有关组分、反应、热力学和传输属性的详细反应机制信息。可以使用 Chemkin 格式的复杂化学定义文件提供这些详细信息。
为了考虑湍流对燃烧的影响，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 提供了一个层流火焰概念 (LFC) 模型和一个湍流火焰速度封闭 (TFC) 模型。
氮氧化物预测模型可与这两种 ECFM 燃烧模型结合使用。氮氧化物松弛法 (NORA) 基于对三种氮氧化物组分的平衡值及其在扰动后的松弛时间的制表。NORA 在一氧化氮、二氧化氮和一氧化二氮之间加以区分。这些产物在模型中单独进行表示。
对于 ECFM 和复杂化学燃烧模型，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 支持碳烟排放预测。在碳氢化合物燃烧期间，通常会生成和排放碳质颗粒。这些微粒称为碳烟，在火焰和火中被标识为黄带发光。在燃气轮机、内燃机和其他实用燃烧设备中，碳烟的生成主要是不完全燃烧的产物。Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 中的碳烟排放模型基于包含相同体积碳烟颗粒的截面的描述，支持基于体积的颗粒尺寸离散化以及碳烟数密度和质量守恒。
为定义废气成分以及设置气缸和端口内的初始气体成分，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 提供了一种自动方法 — 自动成分初始化。可使用相同的自动方法设置流体边界处的气体成分。“自动成分初始化”将气体成分计算为燃烧发生时的当量比和废气再循环 (EGR) 百分比的函数。
火花点燃
为了开始燃烧过程以及对火花点燃内燃机中的火焰内核早期进行建模，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 提供了以下火花点燃模型：
- FI 火花点燃
此点燃模型包含两个阶段：第一个阶段是对火花与出现火焰表面之间的时间延迟进行建模；第二个阶段负责在均匀气体中实际部署火焰表面。
- ISSIM 火花点燃
此点燃模型是欧拉火花点燃模型。在欧拉输运方程中直接使用了球形内核方程，这样即可对所有局部现象进行描述。
Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 提供了一个点火发动机部件，为定义点火器位置和物理提供了模板。
经过指定的点火定时之后，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 会在每个循环定期点火。
自动点火
Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 可考虑可燃混合物的自发点火，无需外部点火源。这种现象在汽油发动机中出现时称为爆震。
Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 使用表格化动能点燃 (TKI) 表计算点燃延迟，并确定点火发生的时间。自动点燃饱和耦合选项将燃料液滴附近的局部当量比分布纳入考量范围，并将其用作 TKI 库的输入。使用此方法将从基于复杂化学的预计算表得出点燃延迟和自动点燃反应率。TKI 库与燃料相关。