ICE 机制
内燃机的开发和改进源自缸内流的系统分析。Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 能够模拟在四冲程或二冲程循环中以稳定速度运行的往复式内燃机的缸内流。
在往复式内燃机中，活塞上下移动，将因燃烧引起的气体膨胀转换为旋转运动。曲柄机制将活塞的线性运动通过连杆传输到旋转轴。活塞处于其最低点的位置称为下死点 (BDC)。当活塞处于其最高点的位置为上死点 (TDC)。
下图显示往复式四冲程发动机的示意图：
缸径表示发动机气缸的直径；发动机冲程指定活塞从 BDC 移动到 TDC 的距离。
四冲程发动机
四冲程发动机是指曲轴转动两次时活塞完成四冲程。进气阀通过进气口调节空气-燃料混合物的流入；同样，排气阀通过排气口调节燃烧气体的流出。
下图显示四冲程发动机的动力循环：
- Intake
- 在进气冲程中，活塞从 TDC 移动到 BDC，将空气-燃料混合物通过进气口吸入气缸内。进去阀处于其打开位置。
- 压缩
- 在压缩冲程中，活塞从 BDC 返回至 TDC，同时压缩空气-燃料混合物。进气阀和排气阀处于闭合状态。压缩冲程结束时，曲轴已完成 360 度的完整旋转。
- 功率
- 做功冲程以空气-燃料混合物点燃开始。混合物的膨胀会将活塞从 TDC 推动至 BDC，从而强制曲柄旋转。进气阀和排气阀处于闭合状态。
- 排气
- 在排气冲程中，活塞从 BDC 返回至 TDC。排气阀将打开，通过排气口释放燃烧的气体。
在四冲程循环结束时，曲轴已完成两个完整旋转（720 度）。
二冲程发动机
二冲程发动机完成两个活塞冲程的动力循环，曲轴仅转动一次（360 度）。
- 压缩
- 在压缩冲程中，活塞从 BDC 移动至 TDC，同时压缩空气燃料混合物。
- 功率
- 在动力冲程中，空气燃料混合物会点燃并开始燃烧过程。混合物的膨胀将活塞从 TDC 推送至 BDC。
在动力冲程结束和下一次压缩冲程开始之间，新鲜空气/燃料补给将通过进气口进入，并通过排气口将废气推出。
根据这种接纳空气和排出废气的过程，即排除废气过程，二冲程发动机可以归类如下：
- 直流
- 对于直流发动机，新鲜空气/燃料混合物和燃烧的气体沿同一方向流动。新鲜补给通过气缸底部的进气口进入，向上流动，并通过顶部的阀控排气口将燃烧的气体推出。
- 环流
- 对于环流发动机，进气口和排气口位于气缸的同一侧。进入补给流经活塞，向上流动，在气缸内形成一个环路，通过排气口排出燃烧的气体。
- 交叉流
- 交叉流发动机的进气口和排气口位于气缸的两侧。活塞顶部的偏转器会向上引导进入补给，并将废气向下从排气口推出。
除直流排除废气设计中的排气口，二冲程发动机中的端口开合都由活塞控制。为对此过程进行建模，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 使用单独的充气室表示端口，并在燃烧室和充气室之间采用滑动交界面。