自动点火

自动点火是指在没有外部点火源的情况下自发点火可燃混合物。早燃动力学并不能直接由 ECFM 模型求解 - 计算出点火延迟，从而确定点火发生的时间。

Simcenter STAR-CCM+ 提供两种自动点火模型：

ECFM 标准自动点火
ECFM TKI 自动点火

ECFM 标准自动点火

ECFM 标准自动点火模型根据以下公式为组分（如燃料）提供源项：

图 1. EQUATION_DISPLAY

{\dot{ω}}_{f} = A {[F]}^{b_{f}} {[O_{2}]}^{b_{o}} e^{- \frac{T_{c, a c t}}{T_{b}}}

(4019)

其中，

b_{f}

和

b_{o}

分别是点火反应的燃料指数和氧气指数。

A

为点火反应指前因子，

T_{c, a c t}

为燃料消耗反应激活温度，而

T_{b}

为燃烧气体的温度。

自动点火延迟 $τ_{d}$ 基于半经验相关性计算得出。

压缩点火: $τ_{d}$ 计算如下：
图 2. EQUATION_DISPLAY

$τ_{d} [c o m p r e s s i o n] = A_{d} {[F]}^{a_{f}} {[O_{2}]}^{a_{o}} ρ^{a_{ρ}} (\frac{F_{c n}}{C N}) e^{T_{d, a c t} / T_{u}}$

(4020)
其中， $a_{f}$ 、 $a_{o}$ 和 $a_{ρ}$ 分别为延迟燃料、延迟氧化剂和延迟密度指数。 $[F]$ 和 $[O_{2}]$ 分别是燃料和氧气的摩尔浓度。 $F_{c n}$ 为延迟十六烷值因子， $C N$ 为十六烷值（最大值 = 60）。
爆震: $τ_{d}$ 计算如下：
图 3. EQUATION_DISPLAY

$τ_{d} [k n o c k] = {A_{d} (\frac{R O N}{F_{o n}})}^{a_{o n}} {[\frac{p}{1 + X_{r e s}}]}^{a_{p}} e^{T_{d, a c t} / T_{u}}$

(4021); 其中， $a_{o n}$ 和 $a_{p}$ 分别为延迟辛烷值指数和延迟压力指数。 $R O N$ 为辛烷值， $F_{o n}$ 为延迟辛烷值因子， $X_{r e s}$ 为残余气体的摩尔分数， $ρ$ 为密度。

$A_{d}$ 为延迟指前因子， $T_{d, a c t}$ 为反应延迟激活温度， $T_{u}$ 为未燃烧温度。

点火过程变量函数

Y_{i g i}

定义为在自燃之前跟踪反应的发展过程：

图 4. EQUATION_DISPLAY

\frac{d Y_{i g i}}{d t} = Y_{u, f} F (τ_{d})

The condition for auto-ignition is:

图 4. EQUATION_DISPLAY

c_{i g i} = {\begin{matrix} 1 & {\begin{matrix} Y \end{matrix}}_{i g i} > Y_{u, f} a n d Y_{u, f} > 1 e - 10 \\ 0 & o t h e r w i s e \end{matrix}

(4023)

(4022)

ECFM TKI 自动点火

替代方法是使用表格化动能点燃 (TKI) 表。使用这种方法时，可从基于复杂化学的预计算表中的值得出点燃延迟。如果需要，可以通过与延迟因子相乘来调整这些值。自动点火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。点火延迟和自动点火反应率（在 TKI 表输出中分别为 DELAY 和 DCDT）是通过预计算的 TKI 表基于复杂化学推导的。TKI 库与燃料相关。

使用 ECFM TKI 自动点火模型时，TKI 表将提供该组分的源项。

使用燃烧率因子调整自动点火反应率时，用于 CFD 模拟的自动点火反应率 (

{\frac{d c}{d t}}_{C F D}

) 通过以下公式计算：

图 6. EQUATION_DISPLAY

{\frac{d c}{d t}}_{C F D} = \frac{d c}{d t} F_{b r}

(4024)

其中，

\frac{d c}{d t}

为 TKI 表输出中的 DCDT 值，

F_{b r}

为燃烧率因子。

点火过程变量函数

Y_{i g i}

定义为在自燃之前跟踪反应的发展过程：

图 7. EQUATION_DISPLAY

\frac{d Y_{i g i}}{d t} = Y_{u, f} F_{(τ_{d})}

(4025)

其中，

F_{(τ_{d})}

为自动点火延迟

τ_{d}

（TKI 表输出中的 DELAY）的函数。

使用延迟因子调整自动点火延迟时，用于 CFD 模拟的点火延迟 (

τ_{d, C F D}

) 由以下公式计算：

图 8. EQUATION_DISPLAY

τ_{d, C F D} = τ_{d} F_{τ_{d}}

(4026)

其中，

F_{τ_{d}}

为自动点火延迟因子。

达到延迟标准后，例如：

图 9. EQUATION_DISPLAY

Y_{i g i} > Y_{u, f}

(4027)

额外的火焰表面积

Σ_{i n i t}

与未燃烧气体内的现有火焰表面相加：

图 10. EQUATION_DISPLAY

Σ_{i n i t} = \max [Σ, \min (c_{i g i} | \nabla c |, V^{- 1 / 3})]

(4028)

其中，

V

是点燃网格单元体积和：

图 11. EQUATION_DISPLAY

c_{i g i} = {\begin{matrix} 1 & {\begin{matrix} Y \end{matrix}}_{i g i} > 0.99 \cdot Y_{u, f} a n d Y_{u, f} > 1 e - 4 \\ 0 & o t h e r w i s e \end{matrix}

(4029)

其中 $Y_{u, f}$ 为亚网格混合级未燃烧燃料条件质量分数。