化学动力学耦合CFD的缸内排放仿真分析.pdf
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2022-06-07
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化学动力学耦合 CFD 的缸内排放仿真分析
摘要
：
本文利用 DARS-Basic 软件对某复杂机理进行简化，基于 STARCD 软件 DARS-CFD 模型，实现耦合计算流体
动力学（Computational fluid dynamics，CFD）与化学动力学的发动机缸内排放多维数值模拟，完成对长安Bluecore
某型号发动机的缸内排放仿真分析。计算结果显示，化学动力学耦合 CFD 模拟对缸内 HC、CO 排放有较好的预测
能力。
关键词
：
化学动力学、CFD、发动机排放
0 前言
日益严峻的空气污染问题促使政府出台更加严格的排放法规，开发低污染发动机成为汽车企业
当务之急。在发动机排放控制技术中，机内净化和机外净化技术是控制废气排放的关键技术。而随
着排放法规的不断升级，单靠机外净化已经很难使发动机排放达到法规要求。因此，有必要通过燃
烧系统优化降低发动机缸内原始排放。
CAE 仿真驱动设计是发动机开发的必然趋势。通过发动机原始排放仿真分析，将排放纳入发动
机前期设计目标值，能有效减少后期开发返工现象，排放达标的同时降本增效。发动机排放仿真分
析目前还没有准确的计算方法，化学动力学耦合 CFD 模拟同时考虑了流动、传热及化学反应的影响，
既可准确地预测发动机燃烧放热特性，又可监测众多中间组分的变化历程，使设计人员能够从理论
上分析 HC、CO 等污染物生成途径，从而优化燃烧系统设计，降低发动机原始排放
[1][2]
。
本文首先利用DARS-Basic软件对某复杂机理进行简化，然后基于简化机理，采用STARCD软件
DARS-CFD模型模拟了长安Bluecore某型号发动机缸内原始排放，并将仿真结果与试验进行了对比。
1 计算模型与边界条件
1.1 计算模型
长安 Bluecore 某型号发动机基本参数见下表：
表 1 发动机基本参数
发动机参数
缸径
冲程
连杆长
压缩比
运行工况
数值
76 mm
82.6 mm
132 mm
~10.5
5500rpm@WOT
本文利用 STAR-CD/es-ice 模块 trim 方法进行三维动网格创建，计算网格尺寸 0.8mm，计算网
格数约为 92 万（下止点位置，如图 1）。缸内流动计算方程采用 k-ε/RNG 湍流模型，标准壁面函数
法求解近壁区域内的流动，采用有限体积法进行控制方程的离散。连续方程、动量方程、能量方程
及湍流控制方程均采用高阶离散格式。排放计算采用基于简化机理的DARS-CFD 模型，燃料组分为
C
8
H
18
和 C
7
H
16
，质量分数分别为 95%和 5%。
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