碳烟截面模型参考

表 1. 碳烟截面模型参考

理论

请参见碳烟截面。

提供方式

在 Simcenter STAR-CCM+ 中：[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 > 碳烟截面

要求

STAR-CCM+ In-cylinder: 可选模型：燃烧; 燃烧模型：复杂化学、ECFM-3Z 或 ECFM-CLEH

Simcenter STAR-CCM+: 材料：多组分气体; 反应期：反应

然后，需要设置以下任一项：


反应流体模型：反应组分输运反应组分模型：复杂化学	反应流体模型：小火焰小火焰模型：小火焰生成流形 (FGM) 或稳态层流小火焰

和

可选模型：碳烟排放

属性

关键属性包括：对流、源启用触发器、起点、二阶梯度和流体边界扩散。请参见碳烟截面属性。

激活

模型控制（子节点）

碳烟与碳烟模型特性。

其他节点

[物理连续体] > ECFM 碳烟表生成器

使用 ECFM 模型之一时显示。

请参见表生成器参考。

使用复杂化学模型时，碳烟组分包含在机制中。

求解器

碳烟。请参见求解器。

监视器

SootSection[n]

报告选项

碳烟 PSDF、碳烟、截面直径、碳烟绘图、碳烟颗粒尺寸分布。请参见报告。

场函数

碳烟质量密度、碳烟质量分数 Sec[n]、碳烟平均直径、碳烟成核速率、碳烟数密度、碳烟 PSDF Sec[n]、碳烟总质量分数、碳烟体积分数、Steric 因子。请参见场函数。

表

碳烟截面颗粒尺寸分布表 - 边界、碳烟截面颗粒尺寸分布表 - 区域

碳烟截面模型属性

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。

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。

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。

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。

报告


报告	使用复杂化学	使用 ECFM 模型	使用小火焰模型	具有反应器网络
碳烟 PSDF 碳烟颗粒尺寸分布函数 $\frac{d N}{d \log (d_{p})} (i)$ 的总和报告。
碳烟截面直径每个碳烟截面的平均直径。
反应器网络碳烟 PSDF 反应器网络的碳烟颗粒尺寸分布函数 $\frac{d N}{d \log (d_{p})} (i)$ 总和报告。
反应器网络碳烟截面直径反应器网络的各碳烟截面的中点直径。

有关使用碳烟 PSDF 报告的更多信息，请参见绘制碳烟截面颗粒尺寸分布。

场函数

Soot Mass Density（碳烟质量密度）: $m_{s o o t}$ （位于 Eqn. (3792) 中）。
Soot Mass Fraction Sec[n]（碳烟质量分数 Sec[n]）: ${\tilde{Y}}_{i, s o o t}$ 用于截面 $i$ （位于 Eqn. (3757) 中）。
Soot Mean Diameter（碳烟平均直径）: $d_{p}$ （位于 Eqn. (3794) 中）。
Soot Nucleation Rate（碳烟成核速率）: ${(\frac{d N}{d t})}_{n u}$ （位于 Eqn. (3700) 中）。
Soot Number Density（碳烟数密度）: 总碳烟数密度 $N_{t o t}$ 由 Eqn. (3795) 给出。
Soot PSDF Sec[n]（碳烟 PSDF Sec[n]）: $\frac{d N}{d \log (d_{p})} (i)$ $i$ Eqn. (3796)Soot 颗粒尺寸分布函数 dNd⁢log⁡（dp（i）截面 i，由 →eqnlink→。
Soot Total Mass Fraction（碳烟总质量分数）: $Y_{i, s o o t}$ 从 $i$ 到 $i_{\max}$ 求和。
Soot Volume Fraction（碳烟体积分数）: $f_{v}$ （位于 Eqn. (3793) 中）。
Steric Factor(空间因子): $α$ （位于 Eqn. (3756) 中）。

表

碳烟截面颗粒尺寸分布表 - 边界/ 区域: 请参见表参考。; 有关绘制碳烟截面的颗粒尺寸分布的说明，请参见绘制碳烟截面颗粒尺寸分布。

碳烟截面 > 碳烟

可指定碳烟材料的具体材料属性。

碳烟截面 > 碳烟模型特性

可用于设置定义碳烟截面的属性。

使用反应器网络模型时，反应器网络 > 排放 > 碳烟选项节点提供相似属性。请参见碳烟选项。

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

缩放 Eqn. (3759) 中的表面增长

{\tilde{Ω}}_{i, s g}

。

成核尺度

缩放 Eqn. (3759) 中的成核

{\tilde{Ω}}_{i, n u c}

。

氧化尺度

缩放 Eqn. (3759) 中的氧化

{\tilde{Ω}}_{i, o x}

。

凝结尺度

缩放 Eqn. (3759) 中的凝结

{\tilde{Ω}}_{i, c o a g}

。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。

碳烟截面 > 碳烟模型特性 > 截面属性

截面数: 颗粒尺寸分布函数 (PSDF) 中的离散截面数。
最大碳烟直径: 碳烟颗粒能增长到的最大直径。
小直径分形维度: Eqn. (3784)和Eqn. (3785)中直径 $θ$ 小于 20 nm 的碳烟颗粒的表面增长分形维度。可以将其设为 2.0 与 3.0 之间。
大直径分形维度: Eqn. (3784)和Eqn. (3785)中直径 $θ$ 大于 60 nm 的碳烟颗粒的表面增长分形维度。可以将其设为 2.0 与 3.0 之间。

碳烟截面 > 碳烟模型特性 > Steric 因子

Alpha: 曲面反应的 Steric 因子 $α$ （位于 HACA 或 HACA-RC 机制中）。