碳灰矩模型参考

碳灰矩模型基于称作矩法的方法。此方法用于计算碳烟颗粒尺寸分布函数 (PSDF)。

目前，使用基于乙炔浓度的成核模型方法 Eqn. (3658) 和Eqn. (3659)。

表 1. 碳灰矩模型参考
理论	请参见碳灰矩。
提供方式	[物理连续体] > 模型 > Soot Emissions Models(碳烟排放模型)
节点路径示例	连续体 > 物理 1 > 模型 > 碳灰矩
要求	材料：多组分气体反应期：反应反应流体模型：小火焰或反应组分输运然后，需要设置以下任一项：小火焰模型：化学平衡、小火焰生成流形或稳态层流小火焰反应组分模型：复杂化学或涡破碎流体: 分离流然后：可选模型：碳烟排放
属性	关键属性包括：源已启用的触发器、开始、二阶梯度、对流。请参见碳灰矩模型属性。
激活	模型控制（子节点）	碳烟、碳烟模型属性
	边界输入	请参见边界设置。
	求解器	碳烟。请参见碳灰矩模型求解器。
	监视器	SootMoment0(碳灰矩 0)、SootMoment1(碳灰矩 1)
	场函数	Soot Mass Density(碳烟质量密度)、Soot Mean Diameter(碳烟平均直径)、Soot Moment 0(碳灰矩 0)、Soot Moment 1(碳灰矩 1)、Soot Moment Source 0(碳灰矩源 0)、Soot Moment Source 1(碳灰矩源 1)、Soot Number Density(碳烟数密度)、Soot Surface Density(碳烟表面密度)、Soot Volume Fraction(碳烟体积分数)。请参见场函数。

碳灰矩模型属性

Source Enabled Trigger

Controls whether Simcenter STAR-CCM+ starts calculating the chemistry at the time-step, iteration, or physical time that you specify in the Begin property, or whether this model never contributes any sources.

Begin

Specifies the iteration, time-step, or physical time after which the reactions are activated. Before this iteration, time-step, or physical time, reactions are deactivated. Specifying a physical time [degCA] allows you to activate chemistry sources just before spark ignition. When specifying it as an expression which varies during the simulation, reactions are only active when the current iteration, time-step, or physical time is higher than the value provided by the expression.

二阶梯度

忽略或包括用于扩散的边界二阶梯度和/或网格面上的内部二阶梯度。

开启：默认值。对内部和边界类型的二阶梯度求解。
关闭：不会对任何类型的二阶梯度进行求解。
仅限内部：仅对内部二阶梯度进行求解。
仅限边界：仅对边界二阶梯度进行求解。

对流

在传输方程中，可以从一系列计算网格单元面上的对流项的格式中进行选择。此计算需要 Simcenter STAR-CCM+ 根据环绕网格单元值计算物理量的面值。计算此面值使用的具体方法对数值格式的稳定性和精度具有重要影响。有关选择对流格式的指南，请参见对流通量。

一阶：一阶对流格式。
二阶：二阶对流格式。

流体边界扩散

激活时，此属性将包括如 Eqn. (899) 所给定的流体边界扩散通量（或流模型的粘性通量）。默认情况下，此属性已激活。

边界设置

入口或压力出口边界

碳灰矩分布: 密度加权碳灰矩分布。

壁面边界

壁面燃烧标量选项

设置用于壁面燃烧计算的标量。

方法	对应的物理值节点
零通量	无
指定值	碳灰矩分布密度加权碳灰矩分布。
指定通量	无

碳烟求解器属性

亚松弛因子: 为了提升收敛，此属性用于在迭代过程中亚松弛求解的变化。如果残差显示求解发散或不减小，则减小亚松弛因子。
冻结求解器: 开启时，求解器在迭代过程中不更新任何物理量。该选项默认情况下关闭。这是一个调试选项，由于缺少储存，它可能导致不可恢复的错误和错误的求解。有关详细信息，请参见有限体积求解器参考。
冻结重构: 开启时，Simcenter STAR-CCM+ 不会在每次迭代时更新重构梯度，而是使用上一次迭代更新的梯度。激活保留临时储存与此属性结合使用。默认情况下，此属性处于关闭状态。
归零重构: 开启时，求解器在下一次迭代时会将重构梯度设为零。此操作意味着，用于迎风的面值 (Eqn. (905)) 以及用于计算网格单元梯度的面值（Eqn. (917) 和 Eqn. (918)）将变为一阶估计值。默认情况下，此属性处于关闭状态。如果开启此属性之后关闭它，则求解器将在下一次迭代时重新计算梯度。
保留临时储存: 开启时，Simcenter STAR-CCM+ 将保留求解器在迭代期间生成的额外场数据。保留的特定数据取决于求解器，且在后续迭代期间可用作场函数。默认情况下关闭。

场函数

Soot Mass Density（碳烟质量密度）: $M$ （位于 Eqn. (3654) 中）。单位为 $[kg / m^{3}]$ 。
Soot Mean Diameter(碳烟平均直径): $d$ （位于 Eqn. (3677) 中）。
Soot Moment 0(碳灰矩 0): $M_{0}$ 与 Eqn. (3674) 中的碳烟数密度相关。
Soot Moment 1(碳灰矩 1): Eqn. (3675) 和 Eqn. (3675) 中的碳烟颗粒的平均颗粒直径 $M_{1}$ 。
Soot Moment Source 0(碳灰矩源 0): $r = 0$ （位于 Eqn. (3672) 中）。
Soot Moment Source 1(碳灰矩源 1): $r = 1$ （位于 Eqn. (3672) 中）。
Soot Number Density（碳烟数密度）: $N$ 请参见 Eqn. (3653) 和 Eqn. (3674)。单位为 $[/ m^{3}]$ 。
Soot Size Dispersion（碳烟尺寸耗散）: 当矩量数属性设为 4 时激活。此值计算方法如下：
$D_{s o o t} = \frac{(M_{2} M_{0})}{{(M_{1})}^{2}}$
Soot Surface Density（碳烟表面密度）: $S$ （位于 Eqn. (3678) 中）。
碳烟体积分数: $f_{v}$ （位于 Eqn. (3675) 中）。
Steric Factor(空间因子): $α$ （位于 Eqn. (3714) 中）。

碳烟

通过“碳烟”子节点，可指定碳烟材料的具体材料属性。

密度: $ρ$ （位于 Eqn. (3671) 中）。
分子扩散率: $σ$ （位于 Eqn. (3671) 中）。
湍流施密特数: $σ_{t}$ （位于 Eqn. (3671) 中）。

碳烟模型属性

Number of Moments

Selects the number of moments to solve. Possible values range from 2 to 4.

Solving for 4 moments is more computationally expensive than 2. However, if the problem and mesh size are not too large, and you are interested in soot size dispersion, then run 4 moments.

Steric Factor Option

Allows you to specify the steric factor

α

in Eqn. (3706), that is, the fraction of reactive sites on the surface of the soot particle that are available for soot growth or oxidation reactions.

Method	Corresponding Sub Node
Constant	Steric Factor Allows you to define a constant value for Alpha (the steric factor $α$ ) between 0 and 1.
Premixed Temperature Correlation Uses fitted correlation from Appel et al. [781] for $α$ , where $α$ is a function of the local temperature and the average soot particle size, quantified by the reduced soot moment $μ_{1}$ , see Eqn. (3714).	None
User Defined Profile	User-Defined Steric Factor Allows you to define the steric factor using a scalar profile.

Nucleation Option

Only available as a property of the Soot Moments model or Soot Sections model when using the Complex Chemistry, Reactor Network, ECFM-3Z, or ECFM-CLEH combustion model. When using one of the Flamelet combustion models, you specify the nucleation option as a combustion table parameter.

Allows you to specify the Nucleation Option as either:


Nucleation Option	Corresponding Sub-Node
Single PAH Species (C16H10): See Eqn. (3679) and Eqn. (3680). The PAH precursor is recognised as any species which includes either A4 or A3R5 in the species name, or has the composition C16H10.	None
C2H2: See Eqn. (3682).	None
Multi PAH Species Allows you to select multiple PAH precursor species from those that are present in the chemical mechanism. Simcenter STAR-CCM+ recognises the chemical symbols of the PAH precursor species as described within the table for Multi PAH Species Nucleation. Available only when using the Complex Chemistry or Reactor Network combustion models.	PAH Species Components Lists the selected PAH precursor species—each displays its Sticky Coefficient property.

碳烟表面化学选项


碳烟表面化学选项	相应的子节点
HACA 使用脱氢加 C2H2 (HACA) 表面机制对碳烟表面增长建模。在使用复杂化学模型时最合适。请参见 HACA。	无
HACA RC 使用脱氢加碳闭环 (HACA-RC) 表面机制对碳烟表面增长建模。为柴油燃料使用 ECFM 模型时最合适。请参见 HACA RC。	无

Surface-growth Scale

Scales surface growth (part of

W_{r}

in Eqn. (3673)).

Nucleation Scale

Scales nucleation (

R_{r}

in Eqn. (3673)).

Oxidation Scale

Scales oxidation (part of

W_{r}

in Eqn. (3673)).

Coagulation Scale

Scales coagulation

G_{r}

in Eqn. (3673). Increasing this value increases the soot mean diameter.

Two-Way Coupled Species

In soot reactions, gas phase species are transferred to and from the gas phase to the soot particles. When this property is activated, these gas-phase species are added and removed from the gas-phase simulation. Only available when using a reacting species transport model or the Reactor Network model.