直喷天然气发动机非预混燃烧模拟

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本教程介绍了四冲程发动机非预混燃烧模拟。由于在整个燃烧过程中，两个气门都保持关闭，因此建立了没有气门的发动机的简化模型。

1 启动FLUENT并导入网格

（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Fluid Dynamics→FLUENT 19.2命令，启动FLUENT 19.2。

（2）在FLUENT Launcher界面中的Dimension中选择3D，在Option中选择Double Precision，在Display Options中勾选Display Mesh After Reading，Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme，单击OK按钮进入FLUENT主界面。

（3）在FLUENT主界面中，单击主菜单中File→Read→Mesh按钮，弹出Select File（导入网格）对话框，选择文件名为natural_gas-comb-CA0360.msh.gz的网格文件，单击OK按钮便可导入网格。

（4）导入网格后，在图形显示区将显示几何模型。

（5）单击主菜单中Mesh→Check按钮，检查网格质量，确保不存在负体积。

（6）单击主菜单中Mesh→Transform→Scale按钮，弹出Scale Mesh对话框，在View Length Unit In选择mm，保持默认值并关闭窗口。

2 设置周期性边界

（1）在命令栏输入以下命令/grid/mz/make-periodic，创建周期性区域。

（2）同步骤（1），建立period_outer1和period_outer2的周期性区域。

3 设置分界面

（1）单击主菜单中Setting Up Domain→Interface→Mesh按钮，弹出Mesh Interfaces（网格分界面）面板。

（2）单击Manual Create按钮，弹出Create/Edit Mesh Interfaces（创建/编辑网格分界面）对话框，创建以下对应的Interface。

4 定义求解器

（1）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Transient。

5 动网格设置

（1）在命令结构树中Dynamic Mesh按钮，弹出Dynamic Mesh（动网格）对话框，勾选Dynamic Mesh，在Mesh Methods中选择勾选Smoothing、Layering和Remeshing。

（2）单击Mesh Methods中Settings按钮弹出Mesh Method Settings对话框，在Remeshing选项卡中，勾选Region Face，在Layering选项卡中，Collapse Factor中填入0.1，单击OK按钮确认并关闭对话框。

（3）在Options中勾选In-Cylinder，单击Options中Settings按钮弹出Options对话框，如下图所示，填入发动机主要物理参数，单击OK按钮确认并关闭对话框。

（4）单击主菜单中File→Read→Profile按钮，弹出Select File（导入Profile文件）对话框，选择文件名为valve.prof的Profile文件，单击OK按钮导入。

（5）在Dynamic Mesh Zones中单击Create/Edit按钮，弹出Dynamic Mesh Zones（动网格区域）对话框。

在Zone Names中选择fluid-outer，在Type中选择Rigid Body，在Motion Attributes选项卡中，Motion UDF/Profile选择**piston-full**，在Valve/Piston Axis中对应填入（0，0，1），单击Create按钮创建动网格区域。

在Zone Names中选择bowl，在Type中选择Rigid Body，在Motion Attributes选项卡中，Motion UDF/Profile选择**piston-full**，在valve/Piston Axis中对应填入（0，0，1），在Meshing Options选项卡中，Cell Height中填入0.8，单击Create按钮创建动网格区域。

在Zone Names中选择bowl:019，在Type中选择Rigid Body，在Motion Attributes选项卡中，Motion UDF/Profile选择**piston-full**，在valve/Piston Axis中对应填入（0，0，1），在Meshing Options选项卡中，Cell Height中填入0.8，单击Create按钮创建动网格区域。

在Zone Names中选择wall_top_outer，在Type中选择Stationary，在Mesh Options选项卡中，Cell Height输入0.8，单击Create按钮创建动网格区域。

6 导入UDF文件

（1）单击主菜单中User Defined→Functions→Compiled按钮启动Compiled UDFs（编辑UDF）对话框。

在Source Files下单击Add按钮弹出Select File（导入文件）对话框，选择initialize.c，injection_ch4.c文件，单击OK完成UDF文件导入。

返回编辑UDF对话框，单击Bulid按钮进行编辑，在弹出的疑问对话框中单击OK按钮。

单击Load按钮，加载刚刚编译完成的UDF函数库。

（2）单击主菜单中User Defined→Function Hooks按钮启动User-Defined Function Hooks对话框。

单击Edit按钮弹Adjust Function对话框，在Available Adjust Functions中选择my_init_function::libudf，单击Add按钮并单击OK按钮确认。

7 定义模型

（1）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择k-epsilon (2eqn)，单击OK按钮确认并关闭对话框。

（2）在模型设定面板双击Species按钮，弹出Species Model（物质模型）对话框，在Model中勾选Non-Premixed Combustion。

在PDF Options中勾选Inlet Diffusion和Compressibility Effects，在Chemistry选项卡中，在Energy Treatment中选择Non-Adiabatic，在Equilibrium Operating Pressure中填入3000000。

在Boundary选项卡中，在Specify Species in中选择Mole Fraction，设置以下物质的摩尔百分比。

在Table选项卡中，保留默认值单击Calculate PDF Table按钮，等程序计算完毕再单击Display PDF Table按钮弹出PDF Table对话框，单击Display按钮显示PDF表。

8 边界条件

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

（2）在边界条件面板中，单击选择inlet，在Type中选择mass fow inlet，弹出边界条件设置对话框。在Mass Flow Specification Method中选择Mass Flux，在Mass Flux中选择fuel_flux::libudf，在Normal to Boundary中选择Direction Specication Method，在Specification Method中选择Intensity and Length Scale，在Turbulent Length Scale中填入2。

在Species选项卡中，Mean Mixture Fraction填入1，单击OK按钮关闭对话框。

9 求解控制

（1）单击主菜单中Solving→Solution→Methods按钮，弹出Solution Methods（求解方法设置）面板。在Scheme中选择PISO，Skewness Correction中填入0，在Pressure中选择Standard。

（2）单击主菜单中Solving→Controls→Controls按钮，弹出Solution Controls（松弛因子控制）面板。在Under-Relaxation Factor中Pressure中填入0.5。

（3）单击主菜单中Solving→Reports→Residuals按钮，弹出Residuals Monitors（残差监视）面板，在Options中选择Plot，在Iterations to Plot中填入100，单击OK按钮确认退出。

10 初始条件

单击主菜单中Solving→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Standard Initialization，在Gauge Pressure中填入1898675，在Temperature中填入690，单击Initialize按钮进行初始化。

11 计算求解

（1）单击主菜单中Solving→Activities→Autosave按钮，弹出Autosave（自动保存）对话框，设置Save Data File Every为20。

（2）单击主菜单中Postprocessing→Surface→Create→Iso-Surface按钮，弹出Iso-Surface（等值面）对话框，New Surface Name中填入y=.02，Surface of Constant中选择Mesh和Abs. Angular Coordinate，Iso-Values中填入90，单击Create按钮确认。