碳灰矩模型参考

目前，使用基于乙炔浓度的成核模型方法 Eqn. (3700) 和Eqn. (3701)。

表 1. 碳灰矩模型参考
理论	请参见碳灰矩。
提供方式	[物理连续体] > 模型 > Soot Emissions Models(碳烟排放模型)
节点路径示例	连续体 > 物理 1 > 模型 > 碳灰矩
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。请参见碳灰矩模型属性。
激活	模型控制（子节点）	碳烟、碳烟模型属性
	边界输入	请参见边界设置。
	求解器	碳烟。请参见碳灰矩模型求解器。
	监视器	SootMoment0(碳灰矩 0)、SootMoment1(碳灰矩 1)
	场函数	Soot Mass Density(碳烟质量密度)、Soot Mean Diameter(碳烟平均直径)、Soot Moment 0(碳灰矩 0)、Soot Moment 1(碳灰矩 1)、Soot Moment Source 0(碳灰矩源 0)、Soot Moment Source 1(碳灰矩源 1)、Soot Number Density(碳烟数密度)、Soot Surface Density(碳烟表面密度)、Soot Volume Fraction(碳烟体积分数)。请参见场函数。

碳灰矩模型属性

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。

流体边界扩散

激活时，此属性将包括如 Eqn. (865) 所给定的流体边界扩散通量（或流模型的粘性通量）。默认情况下，此属性已激活。

边界设置

入口或压力出口边界

碳灰矩分布: 密度加权碳灰矩分布。

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	碳灰矩分布密度加权碳灰矩分布。
指定通量	无

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

Soot Mass Density（碳烟质量密度）: $M$ （位于 Eqn. (3696) 中）。单位为 $[kg / m^{3}]$ 。
Soot Mean Diameter(碳烟平均直径): $d$ （位于 Eqn. (3719) 中）。
Soot Moment 0(碳灰矩 0): $M_{0}$ 与 Eqn. (3716) 中的碳烟数密度相关。
Soot Moment 1(碳灰矩 1): Eqn. (3717) 和 Eqn. (3717) 中的碳烟颗粒的平均颗粒直径 $M_{1}$ 。
Soot Moment Source 0(碳灰矩源 0): $r = 0$ （位于 Eqn. (3714) 中）。
Soot Moment Source 1(碳灰矩源 1): $r = 1$ （位于 Eqn. (3714) 中）。
Soot Number Density（碳烟数密度）: $N$ 请参见 Eqn. (3695) 和 Eqn. (3716)。单位为 $[/ m^{3}]$ 。
Soot Size Dispersion（碳烟尺寸耗散）: 当矩量数属性设为 4 时激活。此值计算方法如下：
$D_{s o o t} = \frac{(M_{2} M_{0})}{{(M_{1})}^{2}}$
Soot Surface Density（碳烟表面密度）: $S$ （位于 Eqn. (3720) 中）。
碳烟体积分数: $f_{v}$ （位于 Eqn. (3717) 中）。
Steric Factor(空间因子): $α$ （位于 Eqn. (3756) 中）。

碳烟

通过“碳烟”子节点，可指定碳烟材料的具体材料属性。

密度: $ρ$ （位于 Eqn. (3713) 中）。
分子扩散率: $σ$ （位于 Eqn. (3713) 中）。
湍流施密特数: $σ_{t}$ （位于 Eqn. (3713) 中）。

碳烟模型属性

矩量数

选择要求解的矩量数。可能值的范围为 2 到 4。

求解 4 个力矩比求解 2 个力矩的计算成本高。但是，如果问题和网格尺寸不是太大，并且关注的是碳烟尺寸耗散，则运行 4 个力矩。

Steric 因子选项

可用于指定 Eqn. (3748) 中的 Steric 因子

α

，即：碳烟颗粒表面上可用于碳烟增长或氧化反应的反应点位分数。

方法	相应的子节点
常数	Steric 因子用于为 α（Steric 因子 $α$ ）定义介于 0 和 1 之间的常数值。
预混温度相关性使用 Appel 等人[788] 提出的 $α$ 的拟合相关性。其中， $α$ 为局部温度和平均碳烟颗粒尺寸（通过减少的碳灰矩 $μ_{1}$ 量化）的函数。请参见 Eqn. (3756)。	无
用户自定义的分布	用户自定义 Steric 因子可用于使用标量分布定义 Steric 因子。

成核选项

仅当使用复杂化学燃烧模型、反应器网络燃烧模型、ECFM-3Z 燃烧模型或 ECFM-CLEH 燃烧模型时，才可用作碳烟矩量法模型或碳烟截面模型的属性。当使用其中一种小火焰燃烧模型时，可以将成核选项指定为燃烧表参数。

可用于将成核选项指定为以下任一项：


成核选项	相应的子节点
单 PAH 组分 (C16H10)：请参见 Eqn. (3721) 和 Eqn. (3722)。PAH 前驱物将识别为任何组分名称中包含 A4 或 A3R5 的组分，或者具有 C16H10 成分的组分。	无
C2H2：请参见 Eqn. (3724)。	无
多 PAH 组分可用于选择化学机制中存在的多 PAH 前驱物组分。Simcenter STAR-CCM+ 可识别多 PAH 组分成核表中所述的 PAH 前驱物组分的化学符号。仅当使用复杂化学燃烧模型或反应器网络燃烧模型时才可用。	PAH 组分分量列出选定 PAH 前驱物组分 - 分别显示其粘附系数属性。

碳烟表面化学选项


碳烟表面化学选项	相应的子节点
HACA 使用脱氢加 C2H2 (HACA) 表面机制对碳烟表面增长建模。在使用复杂化学模型时最合适。请参见 HACA。	无
HACA RC 使用脱氢加碳闭环 (HACA-RC) 表面机制对碳烟表面增长建模。为柴油燃料使用 ECFM 模型时最合适。请参见 HACA RC。	无

表面增长尺度

表面增长比例缩放（Eqn. (3715) 中的

W_{r}

部分）。

成核尺度

成核比例缩放（Eqn. (3715) 中的

R_{r}

）。

氧化尺度

氧化比例缩放（Eqn. (3715) 中的

W_{r}

部分）。

凝结尺度

缩放 Eqn. (3715) 中的凝结

G_{r}

。增大该值可提高碳烟平均直径。

双向耦合组分

在碳烟反应中，气相组分将传递到气相，进而从气相传递到碳烟颗粒。激活此属性时，在气相模拟中添加或移除这些气相组分。仅在使用反应分输运模型或反应器网络模型时可用。