發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒優(yōu)化的案例
CFDPro發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒仿真 | 實(shí)現(xiàn)航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒過(guò)程仿真
<p>航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒現(xiàn)象是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，包括流動(dòng)、霧化、相變、傳熱傳質(zhì)、點(diǎn)火熄火、化學(xué)反應(yīng)、污染物排放、熱聲振蕩和冷卻等多個(gè)過(guò)程，加上燃燒的非定常性和高湍流度，使得準(zhǔn)確模擬燃燒過(guò)程變得異常困難。在傳統(tǒng)CFD模擬需要考慮的質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量方程之外，燃燒還需要考慮組分守恒方程以及多相流、相變、熱聲耦合等多個(gè)模型，其中任何一個(gè)過(guò)程模擬的失真，都將影響最終的燃燒計(jì)算。</p><p><br></p><p><strong>發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬的難點(diǎn)</strong></p><ul><li><strong>多物理場(chǎng)耦合：</strong>發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程中涉及到多個(gè)物理場(chǎng)的耦合，如流動(dòng)、傳熱、燃燒等。這些物理場(chǎng)之間相互影響，需要同時(shí)考慮多個(gè)因素。</li><li><strong>非線(xiàn)性行為：</strong>發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)、燃燒等過(guò)程存在非線(xiàn)性行為，如湍流、化學(xué)反應(yīng)等。這些非線(xiàn)性行為使得模型的建立和求解變得更為復(fù)雜。</li><li><strong>邊界條件和初始條件：</strong>在仿真模擬中，需要為模型設(shè)置合理的邊界條件和初始條件，需要根據(jù)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境和狀態(tài)設(shè)定，有時(shí)難以準(zhǔn)確獲取和模擬。</li><li><strong>模型參數(shù)的不確定性：</strong>模型參數(shù)的不確定性會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。如何減小這些不確定性對(duì)模擬結(jié)果的影響，提高模擬的準(zhǔn)確性和可靠性是一個(gè)挑戰(zhàn)。
展開(kāi) 積鼎CFD發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒仿真，實(shí)現(xiàn)航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒過(guò)程的流體仿真
航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒現(xiàn)象是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，包括流動(dòng)、霧化、相變、傳熱傳質(zhì)、點(diǎn)火熄火、化學(xué)反應(yīng)、污染物排放、熱聲振蕩和冷卻等多個(gè)過(guò)程，加上燃燒的非定常性和高湍流度，使得準(zhǔn)確模擬燃燒過(guò)程變得異常困難。在傳統(tǒng)CFD模擬需要考慮的質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量方程之外，燃燒還需要考慮組分守恒方程以及多相流、相變、熱聲耦合等多個(gè)模型，其中任何一個(gè)過(guò)程模擬的失真，都將影響最終的燃燒計(jì)算。積鼎科技CFDPro，可滿(mǎn)足航空、航天、船舶、兵器、能源等領(lǐng)域的流體仿真分析。
發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬的難點(diǎn)
多物理場(chǎng)耦合：發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程中涉及到多個(gè)物理場(chǎng)的耦合，如流動(dòng)、傳熱、燃燒等。這些物理場(chǎng)之間相互影響，需要同時(shí)考慮多個(gè)因素。非線(xiàn)性行為：發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)、燃燒等過(guò)程存在非線(xiàn)性行為，如湍流、化學(xué)反應(yīng)等。這些非線(xiàn)性行為使得模型的建立和求解變得更為復(fù)雜。邊界條件和初始條件：在仿真模擬中，需要為模型設(shè)置合理的邊界條件和初始條件，需要根據(jù)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境和狀態(tài)設(shè)定，有時(shí)難以準(zhǔn)確獲取和模擬。模型參數(shù)的不確定性：模型參數(shù)的不確定性會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。如何減小這些不確定性對(duì)模擬結(jié)果的影響，提高模擬的準(zhǔn)確性和可靠性是一個(gè)挑戰(zhàn)。
國(guó)產(chǎn)自主流體仿真軟件CFDPro
CFDPro為基于有限體積法求解單相流/多相流NS方程的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件，采用Level Set界面追蹤方法、具備領(lǐng)先的湍流模型、豐富的相變模型，配置燃燒模型和反應(yīng)機(jī)理接口，更加適用于工程計(jì)算模擬，滿(mǎn)足航空、航天、船舶、兵器、能源等領(lǐng)域的流體仿真分析。
專(zhuān)業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模塊
CFDPro涵蓋了9大專(zhuān)業(yè)模塊。
展開(kāi) （轉(zhuǎn)載）發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室
發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室
隨著大飛機(jī)和殲20等國(guó)產(chǎn)飛機(jī)的試飛，航空發(fā)動(dòng)機(jī)也逐漸變得熱門(mén)起來(lái)。但說(shuō)起航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，可能大家并不是很熟悉。說(shuō)到底，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，本質(zhì)上是熱機(jī)，都是燒油的，燃燒室就是負(fù)責(zé)把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能（下圖中標(biāo)紅的部分）。從熱力循環(huán)的角度，燃燒室基本決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作范圍，也就決定了壓氣機(jī)和渦輪的性能要求。
（航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)——布雷頓循環(huán)。我保證，只有這一張看不懂的圖）
航空發(fā)動(dòng)機(jī)是個(gè)大坑，這個(gè)大家都知道，但是航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室就算一個(gè)很小眾的領(lǐng)域了。雖然屬于發(fā)動(dòng)機(jī)三大核心部件之一，但前有壓氣機(jī)一堆復(fù)雜的流體力學(xué)理論和數(shù)值研究，飄逸的風(fēng)扇造型，后有高大上的單晶/粉末冶金的渦輪，燃燒室?jiàn)A在中間，顯得很弱小也不那么高調(diào)。
（GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒室就像發(fā)動(dòng)機(jī)的小蠻腰一樣）
另一方面，航空發(fā)動(dòng)機(jī)（或燃?xì)廨啓C(jī)）燃燒室在國(guó)內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)也不多，除了幾大研究所之外，主要是北航、清華、中科院、西工大、南航等高校，真正有能力開(kāi)展高溫高壓實(shí)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)屈指可數(shù)。當(dāng)然并不是說(shuō)燃燒室的研究多么的厲害，我反而覺(jué)得燃燒室研究（并非燃燒研究，后者屬于基礎(chǔ)科學(xué)）總的來(lái)說(shuō)還處于比較傳統(tǒng)的階段。
這里首先給大家普及一個(gè)概念，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室基本都采用環(huán)形燃燒室結(jié)構(gòu)，就是圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)主軸一圈，大概由15~30個(gè)頭部組成，單個(gè)頭部就叫做單頭部燃燒室。所以這樣看起來(lái)，全環(huán)燃燒室也不算小，但相對(duì)于整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸來(lái)說(shuō)就太小了。一個(gè)單頭部的橫截面積不過(guò)半張A4紙，絕對(duì)算是小蠻腰了。
（全環(huán)燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖）
燃燒室的研發(fā)也是從單頭部燃燒室開(kāi)始，逐漸過(guò)渡到全環(huán)乃至整機(jī)測(cè)試，一共分為9級(jí)技術(shù)成熟度。一般來(lái)說(shuō)，限于實(shí)驗(yàn)條件和經(jīng)費(fèi)，高校主要集中1~3級(jí)，研究所大概可以到6級(jí)，更高的就需要企業(yè)來(lái)完成。
展開(kāi) 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與排放控制技術(shù)研究
研究方向高效低污染發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與排放控制技術(shù)
1.新概念燃燒的基礎(chǔ)研究2.排氣污染的后處理技術(shù)3.生物質(zhì)含氧燃料4.發(fā)動(dòng)機(jī)CFD/CAD5.其它研究
研究成果 1、新概念燃燒的基礎(chǔ)研究①HCCI—均質(zhì)混合氣壓縮著火燃燒國(guó)際前沿課題完全消除排氣黑煙，NOx降低99%，熱效率超過(guò)傳統(tǒng)柴油機(jī)和汽油機(jī)。
②GDI—汽油機(jī)缸內(nèi)直噴燃燒國(guó)際研究熱點(diǎn) 可使汽油機(jī)的熱效率提高20~30%。
2、排氣污染后處理技術(shù)①三效催化劑技術(shù) 三效催化劑（TWC）是控制汽油車(chē)排氣污染的關(guān)鍵技術(shù)已被國(guó)標(biāo)和行標(biāo)采用。
該技術(shù)成果已在無(wú)錫威孚力達(dá)、海南六合、昆貴所等多個(gè)汽車(chē)催化劑生產(chǎn)單位推廣使用國(guó)家環(huán)保局認(rèn)可的汽車(chē)催化劑檢測(cè)評(píng)價(jià)單位
②“稀燃汽油機(jī)氮氧化物凈化技術(shù)”和“柴油機(jī)氮氧化物凈化技術(shù)”后處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成及優(yōu)化的兩個(gè)子課題。開(kāi)展了“車(chē)用催化轉(zhuǎn)化器非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的研究”，研究中采用了數(shù)值模擬、激光可視化技術(shù)和多參數(shù)在線(xiàn)測(cè)試等多項(xiàng)先進(jìn)手段，研究成果達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先和國(guó)際先進(jìn)水平。
3.生物質(zhì)含氧燃料 “代用清潔燃料在內(nèi)燃機(jī)中的燃燒特性與控制問(wèn)題的研究”項(xiàng)目的支持下，開(kāi)展了醇類(lèi)、醚類(lèi)和脂類(lèi)等生物質(zhì)含氧燃料的研究，在國(guó)內(nèi)第一次詳細(xì)分析了醇類(lèi)燃料的常規(guī)和非常規(guī)排放特性，能使碳煙降低70~80%。并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了汽車(chē)燃料重新設(shè)計(jì)的研究
4、電噴汽油機(jī)進(jìn)氣歧管CFD/CAD
5、其它研究 燃料成分（油品組分）對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的影響 三效催化器與電控汽油機(jī)的匹配優(yōu)化 三效催化器冷起動(dòng)特性及歐III達(dá)標(biāo)對(duì)策 用光纖分光法研究汽油機(jī)燃燒。
展開(kāi) 
發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒解析（活塞固熱耦合）
發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用熱流體分析軟件Converge，不僅能模擬發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)流動(dòng)、燃料噴霧、燃燒，而且通過(guò)跟缸內(nèi)流體部分的熱計(jì)算進(jìn)行耦合，也可以進(jìn)行固體內(nèi)部的熱傳導(dǎo)解析。
這是活塞的固體（金屬）部分的熱傳導(dǎo)解析和發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)流動(dòng)、燃料噴霧、燃燒解析同時(shí)耦合計(jì)算的案例。以往的活塞熱傳導(dǎo)解析，大部分案例中，缸內(nèi)側(cè)的邊界條件都是一樣的。像本案例這樣，通過(guò)同時(shí)求解缸內(nèi)的燃燒狀態(tài)，可以適時(shí)提供更真實(shí)的溫度邊界條件，進(jìn)而獲得更高精度的熱傳導(dǎo)解析。
特約專(zhuān)欄 | 發(fā)動(dòng)機(jī)噴霧燃燒流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究基本方法
編者按：
高性能的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)及其相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究可以滿(mǎn)足燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放的目標(biāo)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的燃
燒流場(chǎng)較為復(fù)雜，對(duì)燃燒流場(chǎng)的診斷測(cè)試和規(guī)律分析有助于發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和工程應(yīng)用。適逢《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》
創(chuàng)刊60周年，我刊特別邀請(qǐng)?zhí)丶s編委王兵教授的研究團(tuán)隊(duì)就發(fā)動(dòng)機(jī)噴霧燃燒流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究基本方法撰稿，以期為
噴霧流場(chǎng)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展，以及新型燃燒流場(chǎng)測(cè)量?jī)x器設(shè)備的研發(fā)提供基礎(chǔ)。
直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)非預(yù)混燃燒模擬
本教程介紹了四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)非預(yù)混燃燒模擬。由于在整個(gè)燃燒過(guò)程中，兩個(gè)氣門(mén)都保持關(guān)閉，因此建立了沒(méi)有氣門(mén)的發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化模型。
1 啟動(dòng)FLUENT并導(dǎo)入網(wǎng)格
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開(kāi)始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Fluid Dynamics→FLUENT 19.2命令，啟動(dòng)FLUENT 19.2。
（2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中選擇3D，在Option中選擇Double Precision，在Display Options中勾選Display Mesh After Reading，Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme，單擊OK按鈕進(jìn)入FLUENT主界面。
（3）在FLUENT主界面中，單擊主菜單中File→Read→Mesh按鈕，彈出Select File（導(dǎo)入網(wǎng)格）對(duì)話(huà)框，選擇文件名為natural_gas-comb-CA0360.msh.gz的網(wǎng)格文件，單擊OK按鈕便可導(dǎo)入網(wǎng)格。
（4）導(dǎo)入網(wǎng)格后，在圖形顯示區(qū)將顯示幾何模型。
（5）單擊主菜單中Mesh→Check按鈕，檢查網(wǎng)格質(zhì)量，確保不存在負(fù)體積。
（6）單擊主菜單中Mesh→Transform→Scale按鈕，彈出Scale Mesh對(duì)話(huà)框，在View Length Unit In選擇mm，保持默認(rèn)值并關(guān)閉窗口。
2 設(shè)置周期性邊界
（1）在命令欄輸入以下命令/grid/mz/make-periodic，創(chuàng)建周期性區(qū)域。
（2）同步驟（1），建立period_outer1和period_outer2的周期性區(qū)域。
展開(kāi) Fluent Meshing實(shí)戰(zhàn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室網(wǎng)格 Part 1-幾何修復(fù)
挑選一個(gè)燃燒室的案例（ANSYS官網(wǎng)稱(chēng)為Can Combustor模型），結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，適合初學(xué)者直接撲向疑難問(wèn)題。
《Fluent Meshing實(shí)戰(zhàn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室網(wǎng)格》系列，包括四部分：
① 幾何修復(fù)
② 表面網(wǎng)格
③ 蜂巢網(wǎng)格
④ 燃燒模擬
今天介紹Fluent Meshing在復(fù)雜幾何體修復(fù)和幾何前處理準(zhǔn)備方面的工作。概括起來(lái)，F(xiàn)luent Meshing的主要特點(diǎn)包括：
① 完全嵌入在Fluent界面中
② 能夠讀入CAD以及復(fù)雜的多區(qū)域組合網(wǎng)格模型
③ 為使用者提供更多的網(wǎng)格控制方式
④ 能夠處理超過(guò)十億的網(wǎng)格
⑤ 包含節(jié)點(diǎn)級(jí)網(wǎng)格控制
⑥ 能夠利用腳本實(shí)現(xiàn)批處理
我們測(cè)試的軟件平臺(tái)是ANSYS Fluent V18.2，輸入文件為
FM_Generic_Combustor.msh.gz
下載鏈接：http://pan.baidu.com/s/1dEHtZgt 密碼：phay
1
導(dǎo)入幾何
打開(kāi)Fluent 18.2，注意選擇Meshing Mode。
圖1. Fluent Meshing的啟動(dòng)
讀入網(wǎng)格文件（幾何文件）FM_Generic_Combustor.msh.gz，如圖選擇所有的幾何部件，點(diǎn)擊“Draw”后顯示燃燒室的部分結(jié)構(gòu)（20°的扇形分區(qū)，周期性結(jié)構(gòu)）
圖2. 燃燒室?guī)缀翁匦砸挥[
2
幾何檢測(cè)
在修復(fù)幾何之前，需要先檢測(cè)縫隙，尖角等結(jié)構(gòu)。為避免誤傷物理特征，需要先對(duì)燃燒室的噴孔直徑進(jìn)行測(cè)量。如圖測(cè)得噴孔直徑大于2mm，這樣下一步檢測(cè)縫隙的時(shí)候，可以把上限設(shè)為2mm，這樣就把噴孔排除在外了。
圖3.
展開(kāi) Fluent Meshing實(shí)戰(zhàn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室網(wǎng)格 Part 2-表面網(wǎng)格
挑選一個(gè)燃燒室的案例（ANSYS官網(wǎng)稱(chēng)為Can Combustor模型），結(jié)構(gòu)足夠復(fù)雜，適合初學(xué)者直接撲向疑難問(wèn)題。
《Fluent Meshing實(shí)戰(zhàn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室網(wǎng)格》系列，包括四部分：
① 幾何修復(fù)
② 表面網(wǎng)格
③ 蜂巢網(wǎng)格
④ 燃燒模擬
今天介紹Fluent Meshing如何通過(guò)wrap功能，對(duì)復(fù)雜幾何進(jìn)行簡(jiǎn)化，并生成高質(zhì)量的表面網(wǎng)格：
我們測(cè)試的軟件平臺(tái)是ANSYS Fluent V18.2，輸入文件為（做完上一個(gè)練習(xí)的朋友可以用自己存盤(pán)的文件繼續(xù)本教程）：
FM_Generic_Combustor_part1.msh.gz
下載鏈接：http://pan.baidu.com/s/1eRA6zIi
密碼：vayi
1
導(dǎo)入幾何
打開(kāi)Fluent 18.2，注意選擇Meshing Mode。讀入FM_Generic_Combustor_part1.msh.gz文件。如圖1，通過(guò)wrap操作，建立幾何結(jié)構(gòu)的loop。
圖1. 建立幾何細(xì)節(jié)的loop
2
查找?guī)缀慰锥?在燃燒室上部有一個(gè)燃油入口，尚未閉合。用戶(hù)既可以手動(dòng)建立面去閉合該入口，也可以通過(guò)wrap操作的尋洞功能來(lái)閉合孔洞的入口位置。如圖2，打開(kāi)Wrap>Fix
Holes功能，選擇fluid材料點(diǎn)，點(diǎn)擊“Find
Holes”，過(guò)一會(huì)后Fluent提示，流體計(jì)算域確實(shí)存在一個(gè)以上開(kāi)孔，提示用戶(hù)通過(guò)“Trace
Path”功能來(lái)找到這個(gè)孔的位置。于是，如圖3，點(diǎn)擊Trace，找到了開(kāi)孔的位置。繼續(xù)通過(guò)Patch操作，為這個(gè)開(kāi)孔修補(bǔ)個(gè)蓋子，取名為“fuel-inlet”，表示為然后入口邊界，如圖4和圖5所示。
圖2. Wrap的尋洞功能
圖3.
展開(kāi) CFD專(zhuān)欄丨Flow Simulator案例：航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室一維仿真
wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p><strong>燃燒模型的求解器設(shè)置</strong></p><p><br></p><p><strong>回流燃燒室的一維仿真</strong></p><p><br></p><p>回流燃燒室（Reverse Flow Combustor）是一種特殊設(shè)計(jì)的燃燒室結(jié)構(gòu)，其核心特點(diǎn)是燃燒室內(nèi)的高溫燃?xì)饬鲃?dòng)方向與空氣入口流動(dòng)方向相反，形成“回流”路徑。常用于裝有離心式壓氣機(jī)的小型渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上，例如直升機(jī)動(dòng)力。</p><p><br></p><p>回流燃燒一維模型的搭建和常規(guī)燃燒是類(lèi)似的，需要注意的是調(diào)整流動(dòng)的上下游位置。</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/x0yLiaf5fF6wQtXyAnpibxiahtIVvyfWhgGNrCfE2RZDLgXMAAGUEKhic2iahPRq92Aw6GXBwTJN7ia3jO8tZ792kEOw/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p><strong>回流燃燒室一維模型</strong></p><p><br></p><p><strong>總結(jié)</strong></p><p><br></p><p>Flow Simulator 集成了 NASA CEA 化學(xué)反應(yīng)庫(kù)，通過(guò)求解質(zhì)量、動(dòng)量、能量和化學(xué)組分的守恒方程，預(yù)測(cè)燃燒室內(nèi)的壓力、溫度、流速和燃燒效率等關(guān)鍵參數(shù)。</p><p><br></p><p><strong>? 適用場(chǎng)景</strong></p><p><br></p><ol><li>快速評(píng)估燃燒室整體性能（如壓降、燃燒效率），優(yōu)化燃料噴射策略或初步設(shè)計(jì)驗(yàn)證。</li><li>燃燒室長(zhǎng)度優(yōu)化。
展開(kāi) 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒仿真｜CMCL填補(bǔ)CFD與0維/1維均質(zhì)反應(yīng)模型方法間的空白
發(fā)動(dòng)機(jī)的研制涉及空氣動(dòng)力、燃燒傳熱、自動(dòng)控制等多方面的問(wèn)題。相比基于物理樣機(jī)試驗(yàn)的傳統(tǒng)涉及方法，數(shù)值模擬仿真設(shè)計(jì)方法大大地節(jié)約了研發(fā)成本、縮短了研發(fā)周期。
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)一維概念設(shè)計(jì)，CMCL燃燒仿真解決方案可以幫助用戶(hù)快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、熄火、失火、火焰?zhèn)鞑ヒ约爸鹧舆t時(shí)間和排放等過(guò)程的模擬；對(duì)于燃油霧化等多相流問(wèn)題，可通過(guò)CFD仿真技術(shù)進(jìn)行精確仿真。全流程的燃燒仿真解決方案能幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域、多維度的燃燒仿真計(jì)算。
CMCL軟件起源于劍橋，可提供領(lǐng)先的燃料、燃燒及排放仿真解決方案。其軟件包括:kinetics?（燃料，排放和后處理的化學(xué)反應(yīng)模型）、SRM EngineSuite?（內(nèi)燃機(jī)物理化學(xué)模型）、MoDS?（模擬功能的自主機(jī)器學(xué)習(xí)和高級(jí)統(tǒng)計(jì)）以及Explorer?（可視化的后處理工具），彌補(bǔ)了計(jì)算流體力學(xué)（CFD）與零維/一維均質(zhì)反應(yīng)模型方法之間的空白，可為用戶(hù)提供高效的燃料、燃燒以及排放解決方案。
展開(kāi) 
CFD：設(shè)計(jì)、優(yōu)化高溫及燃燒實(shí)例（視頻下載）
利用仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化高溫及燃燒過(guò)程
熱能及燃燒工程師如何利用仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)操作條件和設(shè)計(jì)優(yōu)化？如何控制燃燒/高溫過(guò)程中的能耗與污染？
能耗與污染控制是所有燃燒/高溫過(guò)程的兩大驅(qū)動(dòng)因素，如熔爐、加熱器、煉爐、干燥器和回轉(zhuǎn)爐中的燃燒/高溫過(guò)程。仿真可在滿(mǎn)足污染控制監(jiān)管要求的同時(shí)顯著降低能耗，并大幅提升過(guò)程、精煉、化工、玻璃和鋼鐵工業(yè)的盈利率。
通過(guò)本視頻，您將了解如下內(nèi)容：
熱能及燃燒工程師如何利用仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)操作條件和設(shè)計(jì)優(yōu)化
如何利用 Simcenter STAR-CCM+? 直接設(shè)置幾何體、合理的網(wǎng)格和足量的物理場(chǎng)，以執(zhí)行仿真和設(shè)計(jì)探索
如何利用 Simcenter STAR-CCM+ 中的多物理場(chǎng)方法來(lái)克服下列相關(guān)挑戰(zhàn)：
燃燒和污染物
聲學(xué)和火焰動(dòng)力學(xué)
耦合傳熱
使用嚴(yán)格的方法，優(yōu)化操作條件
課程對(duì)象：
希望排查故障、優(yōu)化燃燒和熱處理設(shè)備的熱能工程師/熔爐工程師及管理者——本次研討會(huì)旨在幫助您了解如何通過(guò)仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)
已在其工程流程中使用了 CFD 的燃燒工程師——本次研討會(huì)將展示Simcenter STAR-CCM+ 的網(wǎng)格劃分、工作流及最新物理場(chǎng)模型等強(qiáng)大功能，助您解決業(yè)內(nèi)一些最具挑戰(zhàn)性的混合問(wèn)題
發(fā)言人：
Zhi G.
展開(kāi) 高速懸浮火焰噴涂（HVSFS）燃燒噴射技術(shù)的數(shù)值模擬與優(yōu)化
本文以工業(yè)TopGun-G torch為例,在常規(guī)HVOF過(guò)程數(shù)值模型的基礎(chǔ)上,對(duì)非均質(zhì)三相HVSFS過(guò)程的燃燒和氣體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行了三維模擬和分析,包括乙醇蒸發(fā)和非預(yù)混燃燒過(guò)程的模擬,以及氣液、氣體與顆粒之間的相互作用機(jī)理的分析。本文采用歐拉法求解反應(yīng)氣體的熱場(chǎng)和流場(chǎng)，采用拉格朗日（Lagrangian）法模擬顆粒的飛行行為，使用商業(yè)CFD軟件ANSYS-CFX11。
對(duì)HVSFS過(guò)程的模擬結(jié)果表明，乙醇的蒸發(fā)和燃燒發(fā)生在燃燒室外，膨脹噴嘴內(nèi)存在的冷卻效應(yīng)會(huì)影響HVSFS系統(tǒng)的能量平衡。改變噴射角的優(yōu)化方法可以提高乙醇在燃燒室中的停留時(shí)間，從而縮短了蒸發(fā)長(zhǎng)度，使噴嘴內(nèi)的冷卻效果完全消失。然而，如圖6所示，由于顆粒團(tuán)聚、顆粒沉積在燃燒室壁上，或者由于它們的長(zhǎng)流動(dòng)路徑和在燃燒室中的停留時(shí)間而導(dǎo)致顆粒氧化，該改進(jìn)的噴射角也會(huì)具有一些不足。
圖6：采用30°噴射角的HVSFS燃燒室中二氧化鈦顆粒流動(dòng)路徑的不穩(wěn)定性
本文之后的研究工作包括優(yōu)化HVSFS熱噴涂系統(tǒng)的過(guò)程，目的是精確和詳細(xì)地描述在torch出口和基底之間的自由射流區(qū)域的流場(chǎng)，也就是本文中簡(jiǎn)略的部分。此外，還需要對(duì)HVSFS燃燒室中顆粒流動(dòng)路徑的不穩(wěn)定性進(jìn)行研究。
本文的研究目的是開(kāi)發(fā)一種分析方法，用于分析和預(yù)測(cè)HVSFS熱噴涂系統(tǒng)在各種操作條件下的性能，確定各個(gè)參數(shù)對(duì)過(guò)程的影響，并最終幫助和促進(jìn)HVSFS torch的設(shè)計(jì)。
展開(kāi) 高速懸浮火焰噴涂（HVSFS）燃燒噴射技術(shù)的數(shù)值模擬與優(yōu)化
對(duì)HVSFS過(guò)程的模擬結(jié)果表明，乙醇的蒸發(fā)和燃燒發(fā)生在燃燒室外，膨脹噴嘴內(nèi)存在的冷卻效應(yīng)會(huì)影響HVSFS系統(tǒng)的能量平衡。改變噴射角的優(yōu)化方法可以提高乙醇在燃燒室中的停留時(shí)間，從而縮短了蒸發(fā)長(zhǎng)度，使噴嘴內(nèi)的冷卻效果完全消失。然而，如圖6所示，由于顆粒團(tuán)聚、顆粒沉積在燃燒室壁上，或者由于它們的長(zhǎng)流動(dòng)路徑和在燃燒室中的停留時(shí)間而導(dǎo)致顆粒氧化，該改進(jìn)的噴射角也會(huì)具有一些不足。
圖6：采用30°噴射角的HVSFS燃燒室中二氧化鈦顆粒流動(dòng)路徑的不穩(wěn)定性
本文之后的研究工作包括優(yōu)化HVSFS熱噴涂系統(tǒng)的過(guò)程，目的是精確和詳細(xì)地描述在torch出口和基底之間的自由射流區(qū)域的流場(chǎng)，也就是本文中簡(jiǎn)略的部分。此外，還需要對(duì)HVSFS燃燒室中顆粒流動(dòng)路徑的不穩(wěn)定性進(jìn)行研究。
本文的研究目的是開(kāi)發(fā)一種分析方法，用于分析和預(yù)測(cè)HVSFS熱噴涂系統(tǒng)在各種操作條件下的性能，確定各個(gè)參數(shù)對(duì)過(guò)程的影響，并最終幫助和促進(jìn)HVSFS torch的設(shè)計(jì)。
展開(kāi) 基于模態(tài)提升發(fā)動(dòng)機(jī)NVH優(yōu)化研究
通過(guò)對(duì)缸體局部模態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，提高了模態(tài)頻率，降低了缸體產(chǎn)生振動(dòng)輻射噪聲的風(fēng)險(xiǎn)，最終降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲及振動(dòng)，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的聲品質(zhì)。
缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零部件，是發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。發(fā)動(dòng)機(jī)眾多零部件都直接或間接地和缸體連接，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)缸體和其他零部件將產(chǎn)生復(fù)雜的振動(dòng)或耦合共振，進(jìn)而產(chǎn)生復(fù)雜的噪聲，即缸體強(qiáng)度的高低對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)NVH及整車(chē)NVH的提升將產(chǎn)生重要的影響,所以確定缸體結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，特別是固有頻率和振型對(duì)控制振動(dòng)輻射噪聲具有重要的意義。
結(jié)構(gòu)共振噪聲在發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲中比較常見(jiàn)，而根據(jù)共振噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，針對(duì)不同的噪聲形式可以采用不同的優(yōu)化方式進(jìn)行。如控制發(fā)動(dòng)機(jī)缸體結(jié)構(gòu)共振噪聲，可通過(guò)優(yōu)化燃燒噪聲或者機(jī)械噪聲的方法進(jìn)行，但是這樣可能會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，所以往往降噪量有限。而采用模態(tài)優(yōu)化增加結(jié)構(gòu)剛度或者改善自身的阻尼特性來(lái)降低表面振動(dòng)的方式也可以大幅度降低缸體輻射噪聲。在激振力不變的情況下，增加結(jié)構(gòu)剛度，減小結(jié)構(gòu)表面響應(yīng)是控制發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲的基本途徑。增加結(jié)構(gòu)剛度的主要目的是提高結(jié)構(gòu)的固有頻率，使其達(dá)到結(jié)構(gòu)衰減較大的頻率區(qū)域。
本文以某發(fā)動(dòng)機(jī)缸體為案例通過(guò)仿真分析和試驗(yàn)相結(jié)合的方式確定了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)共振噪聲，最終通過(guò)模態(tài)提升的方式提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH性能。
缸體模態(tài)有限元分析
發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)缸體是主要的受力件，氣體在燃燒室燃燒所產(chǎn)生的氣體壓力，通過(guò)活塞連桿傳遞到曲軸，通過(guò)缸體傳出。因此發(fā)動(dòng)機(jī)缸體必須要求有足夠的剛度和強(qiáng)度，才能承受如此大的機(jī)械負(fù)荷并保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。一般在設(shè)計(jì)缸體時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)分析。
模態(tài)分析的目的是識(shí)別出結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型以及阻尼比。如圖1所示為某直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的有限元模型，單元類(lèi)型采用高階四面體，材料屬性設(shè)置見(jiàn)表1。
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