STAR-CCM 提供了一系列可用于模拟各种燃烧反应流体应用的模型。
在STAR-CCM 中,主要分为两大类燃烧模型模型:小火焰模型和反应组分输运模型。
小火焰模型通过结合使用简单的 0D 或 1D 几何与详细化学机制预先计算气相层流火焰中的化学反应,避免复杂化学计算的计算开销。使用一组精简的变量参数化和表格化这些简单火焰中的组分,然后将这些组分插值到 3D 湍流火焰模拟。
在下图中,深色域显示薄反应前锋,其中反应发生速度快于湍流混合。中间体组分不会存在很长时间,因而无法由湍流混合输运到反应前锋之外。
反应组分传输模型,对化学反应中涉及的所有组分的质量分数传输方程进行求解。这些组分质量分数传递到单独化学求解器从而返回生成物的数量。
在下图中,深色显示发生反应的厚反应前锋。由于某些反应的速度比湍流混合慢,因此湍流混合会导致某些反应较慢的中间组分逃逸此厚反应前锋,并继续再往下游混合。
小火焰模型和反应组分输运模型,只要适用,便可使用小火焰模型,否则使用反应组分传输模型。要确定建模方法,考虑组分反应率和组分混合率(化学时间尺度和湍流时间尺度)之间的关系。
两种最为常见燃烧模型
小火焰生成流形 (FGM) 模型
通过混合分数和反应过程变量参数化小火焰组分。FGM 模型假设湍流火焰中的化学状态类似于层流火焰中的化学状态。通过求解反向流体扩散火焰并通过混合分数和标量耗散参数化组分,这对应于反向流体火焰的应变(压缩),将这些反向流体火焰嵌入 CFD 湍流火焰中。
在FGM模型中,详细的化学反应对燃烧的影响被储存在Flamelet表中,所需的数值在CFD模拟中被检索。
涡破碎模型EBU
涡破碎模型假设,反应受限于湍流混合反应物和加热到火焰区域的速率。EBU 模型通过大尺度湍流混合速率来限制动能反应速率。由于动能速率替换为单一湍流混合速率,因此仅使用具有一个或两个步骤的小型机制。EBU 模型是一个火焰位置模型,不适用于对点燃和污染物等动能为主的现象建模。