设置初始条件

指定气缸、气口和充气室内的初始压力和温度条件，方法是使用常数值或表将这些物理量描述为曲柄角度的函数。对于表格形式的数据，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 使用数据点之间的线性插值来计算指定起始角处的初始值。此外，对于气缸扇区模型，根据中心轴的旋转速度指定初始旋流。对于 RANS 模拟，可以为湍流量指定常数值。

对于气缸、气口和充气室内的初始压力和温度条件，使用经过验证的相关发动机数据（如果可用）。此类数据可以从实验结果或 1D 模拟中衍生。

需要以下压力数据：

  • 气缸：绝对总压力
  • 进气口/进气室：绝对总压力
  • 排气口/排气室：绝对静压

如果没有此类数据可用，则初始化发动机组件，如下所示：

  • 气缸：使用排气边界条件。此建议假定模拟在排气阶段快结束时开始。
  • 进气口/进气充气室：使用进气边界条件。
  • 排气口/排气充气室：使用排气边界条件。

支持的文件格式有 .csv、.txt、.dat。

可以在单一表中或不同表中描述初始压力和温度值。

湍流是进气过程中围绕阀生成的，因此求解不是初始湍流值的强函数。初始化湍流参数的最佳方法是利用跨多个循环运行的气体交换过程的 3D 模拟结果。默认情况下，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 基于转速 (rpm)、冲程和缸径值计算初始湍动能 kinit 和湍流耗散率 εinit，采用的策略如下：

  • 计算平均活塞速度，公式为 vmeanp=2⋅stroke⋅rpm/60
  • 根据 v′=0.5⋅vmeanp 计算速度波动（0.5 的因子可提供接近于 3D 模拟的结果）。
  • 计算湍动能，公式为 kinit=32⋅(v′)2
  • 将湍流长度尺度指定为 linit=0.025⋅bore
  • 根据 εinit=Cμ3/4⋅kinit3/2linit 计算湍流耗散率，其中 Cμ=0.09。

对于电机驱动测试和电荷运动模拟，Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 使用空气初始化气缸和端口。对于燃烧模拟，自动成分初始化确定初始气体成分，参见缸内公式 - 气体初始化和边界条件。

注要修改燃烧模拟的初始气体成分，必须停用自动成分初始化，请参见设置操作条件。
要设置初始条件：
  1. 右键单击发动机 > 气缸/气缸扇区节点，然后选择编辑。
  2. 对于 RANS 模拟，在编辑对话框的初始条件选项卡中，设置气缸和端口的湍流指定，如 K + Epsilon。
  3. 设置气缸/气缸扇区的初始条件：
    1. 在气缸组合框中，使用以下方法之一设置初始压力：
      方法步骤
      常数
      1. 从绝对总压力下拉菜单中，选择常数。
      2. 在绝对总压力属性下的文本框中，设置气缸中的初始绝对总压力。
      表
      1. 从绝对总压力下拉菜单中，选择表。
      2. 在文件下拉菜单旁，单击导入。
      3. 在导入表对话框中，导航至包含表的文件夹。
      4. 选择该文件并单击打开。

        在图形窗口中，打开绘图，其中气缸压力显示为曲柄角度的函数。

      5. 设置以下表属性：
        • 曲柄角度列
        • 绝对总压力列
        • 曲柄角度单位
        • 压力单位
    2. 使用以下方法之一设置设置初始温度：
      方法步骤
      常数
      1. 从温度下拉菜单中，选择常数。
      2. 在温度属性的文本框中，设置气缸中的初始温度。
      表
      1. 取决于是在与压力数据相同的表中还是不同的表中描述温度数据：
        • 如果在相同的表中描述温度数据，则从温度属性下面的文件下拉菜单中，选择以前导入的表。
        • 如果在不同的表中描述温度数据，则使用温度属性下的导入按钮导入针对压力表描述的表。

        图形窗口中的绘图现在显示气缸的绝对压力和温度曲线。

      2. 设置以下表属性：
        • 曲柄角度列
        • 温度列
        • 曲柄角度单位
        • 温度单位
    3. 要确定 Simcenter STAR-CCM+ In-cylinder 用于初始化的绝对总压力和温度值，将鼠标光标悬于在相应曲线上并停于指定的曲柄角度处。
      坐标将显示在指针旁边。
    4. 对于使用 ECFM-3Z 模型的燃烧模拟，将初始燃料/氧化剂混合状态指定设为非混合或预混。
    5. 对于气缸扇区模型，根据绕气缸圆柱坐标系 Z 轴的角速度 Omega（以 rpm 为单位）设置初始速度。
    6. 对于 RANS 模拟，设置湍流量初始值，如湍流耗散率和湍动能。
  4. 设置端口的初始条件：
    1. 为进气口 [n] 和排气口 [n] 组合框重复步骤 3，其中 [n] 指定相应气口的编号。
      对于排气口和进气口，分别为绝对静压力和绝对总压力指定常数或表格数据。
    2. 单击应用，然后单击关闭。
    有关详细信息，请参见发动机参考 — 气缸对话框：初始条件。
  5. 设置充气室的初始条件：
    1. 右键单击发动机 > 充气室 [n] 节点，然后选择编辑。
    2. 对于 RANS 模拟，在编辑对话框的初始条件选项卡中，设置充气室的湍流指定，如 K + Epsilon。
    3. 在固定充气室组合框中，按步骤 3 中所述设置压力、温度、燃料/氧化剂混合状态指定和湍流量的初始条件。
    4. 单击应用，然后单击关闭。
      有关详细信息，请参见发动机参考 — 充气室对话框：初始条件。