小火焰生成流形模型参考

FGM 模型

对于涉及燃烧的模拟，包括具有许多反应和组分的详细反应机制通常至关重要。但是，如果将此类机制包含在涉及真实几何的 CFD 模拟中，会不可避免地引发大量计算成本。

在 FGM 模型中，详细化学反应对燃烧的影响存储在小火焰表中，所需的值在 CFD 模拟期间进行检索。过程变量用于促进 CFD 计算与小火焰表之间的互动。

表 1. FGM 模型参考
理论	请参见小火焰生成流形。
提供方式	[物理连续体] > 模型 > 小火焰模型
节点路径示例	连续体 > 物理 1 > 模型 > 小火焰生成流形 (FGM)
要求	材料：多组分气体反应期：反应反应流体模型：小火焰
属性	关键属性包括：FGM 常数，α。请参见 FGM 模型属性。
激活	物理模型	FGM 反应和 Ideal Gas Equation of State for FGM(FGM 理想气体状态方程)
	模型控制（子节点）	混合分数方差过程变量方差请参见模型控制
	材料属性	请参见材料和方法
	初始条件	混合分数分布和混合分数方差分布。请参见初始条件。
	边界设置	壁面燃烧标量选项。请参见边界设置。
	区域设置	激活反应选项、小火焰源选项。请参见区域设置。
	其他连续体节点	FGM 表。请参见 FGM 表参考。点火器节点提供了右键单击选项，用于创建过程变量点火器。请参见点火器。
	求解器	FGM 燃烧
	场函数	Chemistry Heat Release Rate Indicator(化学放热率指示器)、Combustion Scalar Diffusion Coefficient(燃烧标量扩散系数)、热损失率、马赫数、Mixture Fraction 0(混合分数 0)、Mixture Fraction Variance 0(混合分数方差 0)、过程变量。请参见场函数。
	模拟操作	请参见运行小火焰表生成器。

小火焰生成流形 (FGM) 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。

FGM 常数，α

比例缩放因子乘以过程变量源项。

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，会跨所有燃烧标量（例如混合分数、混合分数方差和过程变量）的流边界计算扩散。

单独的湍流施密特数

激活时，用于为每个适用的小火焰传输方程指定不同的湍流施密特数，例如适用于非标准化过程变量

y

Eqn. (3563)、非标准化过程变量变化

y_{var}

Eqn. (3567)、混合分数

Z

Eqn. (3524) 和混合分数方差

Z_{var}

Eqn. (3525) 的传输方程。

如果相关小火焰表包含

y_{var}

和

Z_{var}

表规格中的多个点，以及如果使用传输方程方法计算它们，只能为

y_{var}

和

Z_{var}

指定自定义施密特数。

模型控制

混合分数方差

当选择大漩涡模拟 (LES) 湍流模型时，以及当 FGM 表生成器 > 参数 > 0D 点火数值设置 > 表规格 > 混合分数方差节点中网格点的最大数量属性的值设为大于 1 时可用。

方法	对应方法节点
传输方程使用标准 Simcenter STAR-CCM+ 计算方法计算混合分数方差。	无。
代数关系使用 Eqn. (3535) 计算混合分数方差。	代数关系 - 可用于指定模型常数，Eqn. (3535) 中的 $c_{v}$ 。

过程变量方差

当选择大漩涡模拟 (LES) 湍流模型时，以及当 FGM 表生成器 > 参数 > 0D 点火数值设置 > 表规格 > 过程变量方差节点中网格点的最大数量属性的值设为大于 1 时可用。

方法	对应方法节点
传输方程使用传输方程 Eqn. (3567) 计算过程变量方差。	无。
代数关系使用 Eqn. (3566) 计算过程变量方差。	代数关系 - 可用于指定 Eqn. (3566) 中的 Cv 模型常数 $c_{v}$ 。

材料和方法

分子量: 默认情况下，分子量方法设为小火焰表。此设置指定“分子量”的所有值都取自 FGM 小火焰表中的值。
比热: 默认情况下，比热方法设为小火焰表。此设置指定“比热”的所有值都取自 FGM 小火焰表中的值。
湍流施密特数: $σ_{t}$ （在所有适用的标量传输方程中），激活绝热或非绝热模型属性单独的湍流施密特数时除外。如果单独指定值（对于混合分数的湍流施密特数或混合分数方差的湍流施密特数），则此湍流施密特数属性设置适用于湍流施密特数（单独指定的除外）的所有实例。
混合分数的湍流施密特数: 当激活绝热或非绝热模型属性单独的湍流施密特数时可用。; 用于指定湍流施密特数 $σ_{t, Z}$ ，专门应用于混合分数 $Z$ 传输方程 Eqn. (3524)。
混合分数方差的湍流施密特数: 当激活绝热或非绝热模型属性单独的湍流施密特数时可用。; 用于指定湍流施密特数 $σ_{t, Z_{var}}$ ，专门应用于混合分数方差 $Z_{var}$ 传输方程 Eqn. (3525)。
过程变量的湍流施密特数: 当激活小火焰生成流形 (FGM) 模型属性单独的湍流施密特数时可用。; 用于指定湍流施密特数 $σ_{t, y}$ ，专门应用于非标准化过程变量 $y$ 传输方程 Eqn. (3563)。
过程变量变化的湍流施密特数: 当激活小火焰生成流形 (FGM) 模型属性单独的湍流施密特数时可用。; 用于指定湍流施密特数 $σ_{t, y_{var}}$ ，专门应用于非标准化过程变量方差 $y_{var}$ 传输方程 Eqn. (3567)。

初始条件

混合分数

混合分数是源自燃料流的原子质量分数。1.0 相当于 100%。要使用纯氧化剂进行初始化，保留默认值 0.0。对于混合物未燃烧的流入，混合分数分布是燃料的质量分数。

混合分数偏差

混合分数偏差可度量局部混合分数值中的湍流波动。它是一个标量，其初始条件和边界条件值会在“属性”窗口中作为标量组分表分布输入。在使用大涡模拟 (LES) 模型的模拟中，可以为混合分数偏差选择以下两种方法之一：

传输方程：使用标准 Simcenter STAR-CCM+ 计算。
代数关系：激活“代数关系”节点，该节点可用于设置Eqn. (3567)中模型常数 $C_{d}$ 的值，以及Eqn. (3568)中内部耗散常数 $C_{v}$ 的值。

边界设置

壁面

壁面燃烧标量: 选择用于壁面燃烧计算的标量。; 请参见壁面燃烧标量选项。

区域设置

应用于任何区域：

激活反应选项

激活或停用此区域中的化学反应。

小火焰源选项

提供小火焰源项属性，激活时，将创建以下物理条件：

混合分数源选项
混合分数方差源选项
过程变量源选项
过程变量方差源选项

过程变量源选项

当区域条件小火焰源选项已激活属性小火焰源项时可用。


用户源项	对应的物理值节点
无	未定义任何源项。
添加到内置源项	过程变量用户源用于将新的源项添加到过程变量传输方程中的现有源。过程变量用户源雅可比用于将新的源项线性化添加到过程变量传输方程中的现有源。
替换内置源项	过程变量用户源用于定义新的源项以替换过程变量传输方程中的现有源项。过程变量用户源雅可比用于定义新的源项线性化以替换过程变量传输方程中的现有源项线性化。

过程变量变化源选项

当区域条件小火焰源选项已激活属性小火焰源项时可用。


用户源项	对应的物理值节点
无	未定义任何源项。
添加到内置源项	过程变量变化用户源用于将新的源项添加到过程变量变化传输方程中的现有源。过程变量变化用户源雅可比用于将新的源项线性化添加到过程变量变化传输方程中的现有源线性化。
替换内置源项	过程变量变化用户源用于定义新的源项以替换过程变量变化传输方程中的现有源项。过程变量变化用户源雅可比用于定义新的源项线性化以替换过程变量变化传输方程中的现有源项线性化。

混合分数源选项

当区域条件小火焰源选项已激活属性小火焰源项时可用。


用户源项	对应的物理值节点
无未定义任何源项。	无。
添加到内置源项	质量源用于为与混合分数关联的质量分数定义新的源项。此源项将添加到混合分数传输方程中的现有源项。质量源压力导数用于定义新的源项以表示质量源对压力的导数。此源项将添加到混合分数传输方程中的现有源项线性化。混合分数用户源用于定义新的源项以添加到混合分数传输方程中的现有源项。混合分数用户源雅可比用于定义新的源项线性化以添加到混合分数传输方程中的现有源项线性化。
替换内置源项	质量源用于为与混合分数关联的质量分数定义新的源项。此源项用于替换混合分数传输方程中的现有源项。质量源压力导数用于定义新的源项以表示质量源对压力的导数。此源项线性化用于替换混合分数传输方程中的现有源项线性化。混合分数用户源用于定义新的源项以替换混合分数传输方程中的现有源项。混合分数用户源雅可比用于定义新的源项线性化以替换混合分数传输方程中的现有源项线性化。

混合分数方差源选项

当区域条件小火焰源选项已激活属性小火焰源项时可用。


用户源项	对应的物理值节点
无未定义任何源项。	无。
添加到内置源项	混合分数方差用户源用于添加新的源项以添加到混合分数方差传输方程中的现有源。混合分数方差用户源雅可比用于添加新的源项线性化以添加到混合分数方差传输方程中的现有源线性化。
替换内置源项	混合分数方差用户源用于定义新的源项以替换混合分数方差传输方程中的现有源项。混合分数方差用户源雅可比用于定义新的源项线性化以替换混合分数方差传输方程中的现有源项线性化。

FGM 燃烧求解器属性

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。
混合分数的 URF: 仅在激活求解器属性单独的 URF 数时显示。; Eqn. (3524) 中混合分数 $Z$ 的亚松弛因子。
混合分数方差的 URF: 仅在激活求解器属性单独的 URF 数时显示。; Eqn. (3525) 中混合分数方差 $Z_{var}$ 的亚松弛因子。

过程变量的 URF: 仅在激活小火焰求解器属性单独的 URF 数时显示。; Eqn. (3562) 中进程变量的亚松弛因子 $y_{}$ 。

过程变量变化的 URF: 仅在激活小火焰求解器属性单独的 URF 数时显示，如果使用小火焰生成流形模型，模型属性过程变量变化设为传输方程。; Eqn. (3567) 中过程变量变化 $y_{var}$ 的亚松弛因子。

火焰面积密度的 URF: 仅适用于拟序火焰模型模型。; 仅在激活小火焰求解器属性单独的 URF 数时显示。; Eqn. (3592) 中火焰面积密度变量的亚松弛因子 $Σ$ 。
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。
单独的 URF 数: 激活时，将移除求解器的亚松弛因子属性，并替换为每个相关传输方程的单独 URF 属性。例如，混合分数的 URF、混合分数方差的 URF 和过程变量变化的 URF。

场函数

燃烧过程变量: 燃烧过程变量，Eqn. (3565) 中的 $y_{b}$ 。
化学放热率指示器: 化学放热率为 Eqn. (3413) 中的 $\dot{h}$ 。
燃烧标量扩散系数: $Γ_{y}$ 在 Eqn. (3564) 中 - 对于非标准化过程变量。
过程变量: 过程变量，Eqn. (3565) 中的 $c$ 。
未燃烧过程变量: 未燃烧过程变量，Eqn. (3565) 中的 $y_{u}$ 。
非标准化进程变量: 非标准化进程变量，Eqn. (3562) 中的 $y$ 。
非标准化过程变量方差: 非标准化过程变量方差，Eqn. (3566) 中的 $y_{var}$ 。