设置用于燃烧模拟的发动机模型

在 Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 中模拟燃烧过程时需要选择燃烧、点燃和排放模型。

要设置用于燃烧模拟的发动机模型：
  1. 右键单击模型节点，然后选择编辑。
  2. 对于液体燃料的燃烧，在模型选择对话框中，选择设置发动机模型中所述的、用于进气运动模拟的模型。
  3. 对于液体和气体燃料，在可选模型组合框中，选择燃烧。
  4. 在燃烧模型组合框中，选择以下模型之一：
    • ECFM-3Z
    • ECFM-CLEH
    • 指定的燃烧率
    • 复杂化学
    ECFM-CLEH 模型比 ECFM-3Z 模型速度快，而且用于柴油发动机时更准确。对于汽油发动机，两种 ECFM 燃烧模型可获得类似结果。指定燃烧率模型提供了一种经济高效的方法，可快速获得多周期 CFD 问题的一刀切解决方案。复杂化学模型可以求解数百种组分之间的数千个反应，但需要导入包含组分、反应、热力学和传输属性相关详细信息的复杂化学定义文件。

    选择 ECFM-CLEH 模型时，将自动选择 CO 排放模型，而后者会考虑不完全燃烧产生的 CO。

  5. 对于复杂化学模拟，在化学相互作用组合框中，选择以下模型之一：
    • 层流火焰概念 - 为预混、部分预混和非稳态火焰或慢反应选择此模型。
    • 湍流火焰速度封闭 - 为预混或部分预混火焰前缘的湍流火焰选择此模型。
  6. 单击关闭。
  7. 根据所选的燃烧模型，使用以下过程之一设置模型：
    燃烧模型步骤
    ECFM-3Z

    ECFM-CLEH
    1. 编辑模型 > [燃烧模型] 节点，其中 [燃烧模型] 是 ECFM-3Z 或 ECFM-CLEH。
    2. 在 ECFM 模型时间设置组合框中，设置以下属性：
      • ECFM 开始时间
      • 燃烧重置时间 - Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 自动将此属性设为进气阀打开 (IVO) 之前 5 degCA。此值适用于大多数模拟。
      注对于使用 ECFM-3Z 模型的多周期运行，ECFM 开始时间必须小于燃烧重置时间。

      请参见模型参考 — ECFM-3Z 对话框。

    3. 对于 ECFM-CLEH 模型，设置以下属性：
      1. 在 ECFM-CLEH 参数组合框中，设置以下属性：
        • 燃料
        • 预混区传递系数（仅适用于自定义燃料）
        • 预混传递燃烧速率限制 (/s)（仅适用于定制燃料）
      2. 在 ECFM 平衡表组合框中，设置 ECFM 平衡表。
      3. 在 CO 排放组合框中，设置以下属性：
        • 污染物平衡温度偏置
        • CO 模型切断温度
    4. 单击应用，然后单击关闭。

      请参见模型参考 — ECFM-CLEH 对话框。

    5. 如果要在燃烧过程中考虑氮氧化物 (NOx) 的形成：
      1. 编辑模型节点，然后在可选模型组合框中选择氮氧化物排放。
      2. 编辑模型 > 氮氧化物排放节点，并在 NORA 参数组合框中设置以下属性：
        • 截止温度
        • 输入燃料焓修正
      3. 在 NORA 表组合框中，选择要导入的 NORA 表 (*.tbl)。
      4. 单击应用，然后单击关闭。

        请参见模型参考 — 氮氧化物排放对话框。
    指定的燃烧率
    1. 编辑模型 > 指定的燃烧率节点。

      在图形窗口中，指定的燃烧率绘图将打开，其中显示默认的 Wiebe 函数。

    2. 在指定的燃烧率设置组合框中，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 将多周期运行的燃烧重置时间设为排气阀打开之前 5 degCA。此值适用于大多数模拟。
    3. 要修改默认 Wiebe 函数，设置以下属性：
      • 指数
      • 燃料燃烧 50% 的正时
      • 燃料燃烧 10%-90% 的持续时间

      指定的燃烧率绘图将更新以显示指定的曲线。

    4. 单击应用，然后单击关闭。

      请参见模型参考 - 指定的燃烧率对话框。
    复杂化学
    1. 右键单击模型 > 复杂化学节点，然后选择编辑。
    2. 在 Chemkin 文件组合框中，单击导入 Chemkin 文件...。
    3. 在导入 Chemkin 文件对话框中，执行以下操作：
      1. 选择要导入的化学机制文件和热力学属性文件。

        有关更多信息，请参见反应机制格式。

      2. 如果要模拟层流火焰并且分子传输属性很重要，则确保已激活导入传输属性文件选项，然后选择要导入的传输属性文件。
      3. 如果要模拟湍流火焰并且湍流传输优先于分子传输，则停用导入传输属性文件选项。
      4. 单击确定。
    4. 如果使用湍流火焰速度封闭模型并希望将组分松弛到其平衡组成，则在逼近法选项组合框中，激活化学平衡的松弛，然后设置时间尺度常数。
    5. 根据是否选择了化学平衡的松弛选项，执行以下操作之一：
      化学平衡的松弛 步骤
      已选择 在化学加速组合框中，如果需要，激活群集。
      未选择
      1. 在化学加速组合框中，如果需要，激活必要的加速度选项：
        • 聚类
        • 动态机理简化
      2. 在化学求解器容差组合框中，设置以下属性
        • 绝对容差
        • 相对容差
    6. 单击应用，然后单击关闭。

      请参见模型参考 - 复杂化学对话框。

    7. 对于湍流火焰速度封闭模型，定义模型属性：
      1. 编辑模型 > 湍流火焰速度封闭节点并指定模型属性，请参见湍流火焰速度封闭对话框。
      2. 单击应用，然后单击关闭。
  8. 对于 ECFM 燃烧模型，要开始燃烧并对点燃过程建模，选择点燃模型：
    1. 编辑模型节点，然后选择以下模型：
      组合框 模型
      点燃模型 选择以下某个模型：
      • 火花点燃 - 选择此模型用于火花点燃内燃机。
      • 自动点燃 - 选择此模型用于燃烧混合物自发点燃的内燃机，例如柴油机。
      火花点燃模型

      （当选择火花点燃发动机模型时）

      		 选择以下某个模型：
      • FI 火花点燃
      • ISSIM 火花点燃

      与更基础的 FI 点燃模型相比，ISSIM 火花点燃模型更准确地描述了与点燃和初始火焰内核发展相关联的物理现象。
      对于复杂化学模拟，可以选择火花点燃模型作为可选模型。然后，系统自动选择 ISSIM 火花点燃模型。
    2. 对于 ISSIM 火花点燃模型，按如下所示设置模型参数：
      1. 编辑模型 > ISSIM 火花点燃节点。
      2. 在物理组合框中，设置以下属性：
        • 初始燃烧质量
        • LFS 球体系数
        • 初始燃烧质量系数
        • 火花能量稀释系数
      3. 对于层流火焰速度校正，可设置最大未燃烧温度。
      4. 为评估早期点火火焰传播，可以从 0D 方程求解火焰内核半径。对于没有火焰表面密度 (FSD) 方程的模型（如复杂化学），建议使用此选项。

        要求解 0D 火焰内核方程，可激活 Solve 0D Equation For Flame Kernel Radius(求解火焰内核半径的 0D 方程)，然后设置以下属性：

        • 最大起皱系数
        • 起皱结果系数
        • 过渡半径
        • 最大转换半径
      5. 对于使用层流火焰概念的复杂化学模拟，在层流火焰速度组合框中，选择以下选项之一来控制无约束的层流火焰速度：
        • Gulder
        • Metghalchi
      6. 指定燃料，它确定燃料相关模型系数的值。
      7. 单击应用，然后单击关闭。

        请参见模型参考 — ISSIM 火花点燃对话框。

  9. 对于火花点燃模型，如果要考虑可燃混合物的自燃：
    1. 编辑模型节点，然后在可选模型组合框中选择爆震。
    2. 编辑模型 > 爆震节点，并在 TKI 参数组合框中设置以下属性：
      • 延迟因子
      • 燃烧率因子
      • 双区 TKI 模型选项
    3. 在 TKI 表组合框中，选择要导入的 TKI 表 (*.tbl)。
    4. 单击应用，然后单击关闭。
    请参见模型参考 — 爆震对话框。
  10. 如果要在液体燃料蒸发期间考虑电池单元中燃料质量的不均匀分布（仅适用于 ECFM 燃烧模型以及自动点燃或爆震模型）：
    1. 编辑模型节点，然后在可选模型组合框中选择燃料饱和分布。
    2. 单击应用，然后单击关闭。
  11. 如果要考虑燃烧过程中形成的烟气（仅适用于 ECFM 和复杂化学燃烧模型）：
    1. 编辑模型节点，然后在可选模型组合框中选择碳烟排放。
      系统自动选择碳烟截面模型。
    2. 单击关闭。
    3. 编辑模型 > 碳烟截面节点，并在碳烟属性组合框中设置以下属性：
      • 成核
      • Steric 因子 α
      • 表面增长、成核、氧化和凝结的尺度
      • 截面数
      • 最大碳烟直径
    4. 对于 ECFM 燃烧模式，在碳烟表组合框中，选择要导入的碳烟表。
      可以使用 DARS 创建碳烟表。
    5. 单击应用，然后单击关闭。
      请参见模型参考 - 碳烟截面对话框。
  12. 继续执行设置发动机模型中的步骤 2。