碳烟双方程模型参考

表 1. 碳烟双方程模型参考
理论	请参见碳烟双方程。
提供方式	[物理连续体] > 模型 > 碳烟排放模型
节点路径示例	连续体 > 物理 1 > 模型 > 碳烟双方程
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。请参见碳烟双方程属性。
激活	模型控制（子节点）	碳烟、碳烟组分选项、碳烟模型属性
	边界输入	请参见边界设置。
	求解器	碳烟。请参见求解器。
	监视器	SootScaledMassDensity(碳烟定标质量密度)、SootScaledNumberDensity(碳烟定标数密度)
	场函数	Soot Coagulation Rate(碳烟凝结速率)、Soot Growth Rate(碳烟增长率)、Soot Mass Density(碳烟质量密度)、Soot Mean Diameter(碳烟平均直径)、Soot Nucleation Rate For Scaled Mass Density(碳烟定标质量密度成核速率)、Soot Nucleation Rate For Scaled Number Density(碳烟定标数密度成核速率)、Soot Number Density(碳烟数密度)、Soot Oxidation Rate(碳烟氧化速率)、Soot Scaled Mass Density(碳烟定标质量密度)、Soot Scaled Mass Density Rate(碳烟定标质量密度率)、Soot Scaled Number Density(碳烟定标数密度)、Soot Scaled Number Density Rate(碳烟定标数密度率)、Soot Surface Density(碳烟表面密度)、Soot Volume Fraction(碳烟体积分数)。请参见场函数。

碳烟双方程模型属性

源启用触发器

控制 Simcenter STAR-CCM+ 是否按在开始属性中指定的时间步、迭代或物理时间开始计算化学内容，或者此模型是否从不提供任何源。

开始

指定相应的迭代、时间步或物理时间，在这些迭代、时间步或物理时间之后将激活反应。在此迭代、时间步或物理时间之前，反应会停用。指定物理时间[degCA]可用于在火花点燃之前激活化学源。将其指定为在模拟期间变化的表达式时，仅当当前迭代、时间步或物理时间高于表达式提供的值时，反应才处于活动状态。

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。

边界设置

入口或压力出口边界

碳烟定标质量密度分布: 在 Eqn. (3696) 中指定碳烟定标质量密度 $Ø_{M}$ 的标量分布。
碳烟定标数密度分布: 在 Eqn. (3695) 中指定碳烟定标数密度 $Ø_{N}$ 的标量分布。

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	碳烟定标质量密度分布在 Eqn. (3696) 中指定碳烟定标质量密度 $Ø_{M}$ 的标量分布。碳烟定标数密度分布在 Eqn. (3695) 中指定碳烟定标数密度 $Ø_{N}$ 的标量分布。
指定通量	质量通量指定边界处的组分通量。适当地添加与壁面组分入流或出流关联的能量。

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. (871)) 以及用于计算网格单元梯度的面值（Eqn. (883) 和 Eqn. (884)）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。有关这些场函数的完整列表，请参见通用求解器场函数。

场函数

Mixture Fraction (Bilger)(混合分数 (Bilger)): 表示根据 Bilger 的混合物分数定义 Eqn. (3711) 确定的局部混合分数。
Molar Concentration for Emissions (C2H2)(排放 (C2H2) 的摩尔浓度): 显示碳烟排放中的乙炔的摩尔浓度。
Molar Concentration for Emissions (O)(排放 (O) 的摩尔浓度): 显示碳烟排放中的氧自由基的摩尔浓度。
Molar Concentration for Emissions (OH)(排放 (OH) 的摩尔浓度): 显示碳烟排放中的羟基自由基的摩尔浓度。
Soot Coagulation Rate（碳烟凝结速率）: ${(\frac{d N}{d t})}_{c o}$ （位于 Eqn. (3702) 中）。
Soot Growth Rate（碳烟增长率）: ${(\frac{d M}{d t})}_{s g}$ （位于 Eqn. (3705) 中）。
Soot Mass Density（碳烟质量密度）: $M$ （位于 Eqn. (3696) 中）。单位为 $[kg / m^{3}]$ 。
碳烟平均直径: 碳烟颗粒的直径 $d$ 。
Soot Nucleation Rate For Scaled Mass Density（碳烟定标质量密度成核速率）: ${(\frac{d M}{d t})}_{n u}$ （位于 Eqn. (3701) 中）。
Soot Nucleation Rate For Scaled Number Density（碳烟定标数密度成核速率）: ${(\frac{d N}{d t})}_{n u}$ 在 Eqn. (3699) 中适用于 PAH 成核，或在 Eqn. (3700) 中适用于 C2H2 成核。
碳烟数密度: $N$ （位于 Eqn. (3695) 中）。单位为 $[/ m^{3}]$ 。
Soot Oxidation Rate（碳烟氧化速率）: ${(\frac{d M}{d t})}_{o x}$ （位于 Eqn. (3707) 中）。
Soot Scaled Mass Density（碳烟定标质量密度）: $Ø_{M}$ 通过 Eqn. (3696) 获得。
Soot Scaled Mass Density Rate（碳烟定标质量密度率）: ${\dot{ω}}_{Ø M}$ 通过 Eqn. (3698) 计算得出。
Soot Scaled Number Density（碳烟定标数密度）: $Ø_{N}$ 通过 Eqn. (3695) 获得。
Soot Scaled Number Density Rate（碳烟定标数密度率）: ${\dot{ω}}_{Ø N}$ 通过 Eqn. (3697) 计算得出。
碳烟表面密度: 单位体积碳烟颗粒的表面积。
碳烟体积分数: 单位体积的碳烟颗粒的体积。

碳烟

通过“碳烟”子节点，可指定碳烟材料的具体材料属性。

碳烟组分选项


属性	使用反应组分输运模型	使用小火焰模型
氧浓度在使用局部平衡方法指定氢氧化物浓度时需要。但是，当通过组分列表近似模型指定氢氧化物浓度时，不会使用氧浓度。	使用氧浓度的组分列表近似模型。	平衡选择在 Eqn. (3660) 和 Eqn. (3661)] 中使用的方法。局部平衡选择在 Eqn. (3660) 和 Eqn. (3662) 中使用的方法，此方法需考虑到第三体反应。组分列表使用氧浓度的组分列表近似模型。如果气相反应机制中存在氧组分，则推荐此选项。
氢氧化物浓度	使用氢氧化物组分浓度的组分列表近似模型。	排除选择在 Eqn. (3663) 中使用的方法，其中扩展 Zeldovich 机制的第三个反应可以忽略不计。局部平衡选择在 Eqn. (3664) 中使用的方法。此选项使用指定的氧浓度。组分列表使用氢氧化物浓度的组分列表近似模型。如果气相反应机制中存在氢氧化物组分，则推荐此选项。
乙炔浓度	使用乙炔组分浓度的组分列表近似模型。	经验值根据经验计算 C2H2 组分的浓度。组分列表使用 C2H2 浓度的组分列表近似模型。如果气相反应机理中存在 C2H2 组分，则推荐此选项。

碳烟模型属性

成核选项

可选择两个成核选项中的一个。

多环芳烃基：此成核模型方法 Eqn. (3699) 基于多环芳烃 (PAH)。仅当气相机制包含以下组分时，此选项才适用：C6H6、C6H5、C2H2 和 H2。
PAH 成核需要的组分比乙炔成核多，因此涉及的化学机制较大，需要的计算成本更高。
乙炔基：此成核模型方法 Eqn. (3700) 和 Eqn. (3701) 基于乙炔浓度。

表面增长尺度

按比例缩放 Eqn. (3705) 中碳烟质量密度

{(\frac{d M}{d t})}_{s g}

的表面网格增长率，这有利于 Eqn. (3698) 的总体碳烟定标质量密度率。将此值设为零将省略由 Simcenter STAR-CCM+ 计算的表面增长源的贡献，在这种情况下，可以使用用户速率完全定义表面增长源。

凝结尺度

在 Eqn. (3702) 中按比例缩放碳烟数密度

{(\frac{d N}{d t})}_{c o}

的凝结率，这有利于 Eqn. (3697) 中的总体碳烟比例缩放数密度率。将此值设为零将省略由 Simcenter STAR-CCM+ 计算的凝结源的贡献，在这种情况下，可以使用用户速率完全定义凝结源。

成核尺度

按比例缩放成核速率：

碳烟数密度 ${(\frac{d N}{d t})}_{n u}$ （在 Eqn. (3699) 中适用于多环芳烃基成核/在 Eqn. (3700) 中适用于乙炔基成核），这有利于 Eqn. (3697) 中的总体碳烟比例缩放数密度率。
Eqn. (3701) 中的碳烟质量密度 ${(\frac{d M}{d t})}_{n u}$ ，这有利于 Eqn. (3698) 中的总体碳烟定标质量密度率。

将此值设为零将省略由 Simcenter STAR-CCM+ 计算的成核源的贡献，在这种情况下，可以使用用户速率完全定义成核源。

氧化尺度

按比例缩放 Eqn. (3707) 中碳烟质量密度

{(\frac{d M}{d t})}_{o x}

的氧化率，这有利于 Eqn. (3698) 中的总体碳烟定标质量密度率。将此值设为零将省略由 Simcenter STAR-CCM+ 计算的氧化源的贡献，在这种情况下，可以使用用户速率完全定义氧化源。

低温极限

如果网格单元中的温度小于此数值，则视为冷流 — 不会在该网格单元中执行任何碳烟源计算。

碳烟用户速率

激活时，提供子节点，可用于包括自定义速率和（可选）雅克比（用于提高数值稳定性），用于四个物理过程中的每一个 - 成核、凝结、表面增长和氧化。

每个自定义比率都用于计算 Eqn. (3710) 中的

A_{1}

。