Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 解决方案

Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 解决方案在 Simcenter STAR-CCM+ 中提供了一个简化方法来执行内燃机 (ICE) 的瞬态移动网格模拟。

Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 访问与电机驱动测试、电荷运动和燃烧模拟相关的 Simcenter STAR-CCM+ 部分功能。Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 的一项主要功能是提供发动机部件。发动机部件可用于以有效且紧凑的方式定义发动机组件的几何、物理和运动。发动机部件可用于气缸、气缸扇区、阀、喷射器、点火器和充气室。充气室可用于对静态并连接到发动机的其他发动机组件建模,例如用于喷射气体燃料的入气阀或用于喷射点火的预充气室。

使用变形映射方法对网格运动进行建模。此方法根据活塞和阀门的移动重新分布网格节点。根据特定的网格质量标准,Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 自动重构发动机几何,并将求解映射到新网格。插值法使发动机体上的质量、动量和总能量守恒。

Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 用户界面包含多个有序节点,需要按顺序进行使用。在背景中,Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 定义 Simcenter STAR-CCM+ 模拟树中的分析所需的模型和参数。

无需详细了解 CFD 或 Simcenter STAR-CCM+ 即可使用该工具。但是,如果要修改模型或考虑更复杂的情景,则任何阶段仍可访问 Simcenter STAR-CCM+ 全部功能。

Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 是 Simcenter STAR-CCM+ 安装的一部分。但是,需要特定的许可才能启动 Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder。

注对于 Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 模拟,需要双精度版本的 Simcenter STAR-CCM+。
有关使用 Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 进行 ICE 模拟的实际示例,请参考以下教程:

在 Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 内

Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 的主要功能如下:

几何

  • 导入 CAD 数据
  • 导入气缸扇区模型的 2D 扇区样条

物理模型

  • 时间:瞬态计算
  • 时间步:常数、步进表或自动
  • 求解域:单域
  • 空气材料:单组分或多组分气体
  • 状态方程:理想气体或实际气体 (Redlich-Kwong)
  • 热传递模式:传导和对流(强制和浮力驱动)
  • 流态:湍流(RANS 或 LES)
  • 重力影响:可选
  • 共轭传热 (CHT):Simcenter STAR-CCM+ 或第三方工具中基于文件的圆柱体模拟与实体热分析的耦合

条件

  • 几何:全功或半工发动机(具有对称功能),或气缸扇区(具有周期性)
  • 循环长度:360 度或 720 度
  • 初始化:导入表格压力和温度数据
  • 流体边界:使用表格压力和温度数据的压力出口
  • 壁面边界:热与壁面指定

运动

  • 气缸运动:根据发动机几何与运行条件计算活塞位置
  • 阀运动:导入阀门升程曲线

燃料喷射

  • 喷射建模:拉格朗日多相
  • 喷射器类型:具有一个或多个喷嘴的空心/实心锥喷射器或喷嘴喷射器
  • 喷射策略:单脉冲或多脉冲喷射
  • 燃料质量流率:具有燃料喷射开始和结束的恒定质量流率或导入表格数据
  • 初始燃料温度:常数或导入表格数据
  • 初始液滴直径:常数、导入表格数据(CDF 或 PDF)或 Rosin-Rammler 分布函数
  • 液滴形状:球形
  • 燃料材料:单组分或多组分液体
  • 燃料液滴的状态方程:恒密度
  • 相变:无冷凝的蒸气扩散限制蒸发
  • 液滴-气体相互作用:双向耦合
  • 液滴力:曳力、压力梯度、虚拟质量和湍流耗散
  • 壁面碰撞模式:Bai-Gosman,在壁面上形成液膜(可选)
  • 初次雾化:Huh(可选)
  • 二次破碎:KHRT 或 Reitz-Diwakar(可选)

燃烧

  • 液体或气体燃料的燃烧
  • 燃烧模型:扩展的拟序火焰模型三区 (ECFM-3Z)、燃烧受平衡焓限制的扩展拟序火焰模型 (ECFM-CLEH)、指定的燃烧率或者复杂化学
  • 污染物排放:一氧化碳、氮氧化物和碳烟
  • 点火:周期性火花点燃(FI 火花点燃或 ISSIM 火花点燃)及可选的爆震或自动点燃
  • 气体成分初始化:手动或自动作为当量比和废气再循环 (EGR) 百分比的函数

网格

  • 体网格:切割体网格单元生成器(主要是六面体网格单元)
  • 棱柱层:确保边界流精度的壁面上棱柱体网格单元
  • 网格单元尺寸:基于典范做法
  • 阀、圆柱倒角和活塞缝隙的网格细化区域
  • 在流体边界处进行网格拉伸(可选)
  • 多循环模拟的网格重用

求解

  • 适用于流体和能量的分离求解器
  • 压力-速度耦合的算法:SIMPLE 或 PISO
  • 求解器亚松弛
  • 实时监视求解数据

结果

  • 几何、网格与求解数据可视化
  • 通过根据发动机几何定位和定向的平面截面访问求解数据
  • 旋流、X 滚流和 Y 滚流等缸内流的特征绘图
  • 模拟及其运行时(如燃料喷射开始 (SOI) 和分析运行时间)的总结报告。