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CMCL | 内燃机排放应用

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CMCL数字工程工作流程包含Kinetics、SRM Engine Suite、MoDS、CMCL Explorer 四个模块。其中:
  • Kinetics 具有化学反应机理处理能力;
  • SRM Engine Suite 可实现内燃机燃烧特性及排放精准仿真预测;
  • MoDS 可实现自动处理数据及建模流程,从而降低对大量实验数据的需求,缩短内燃机研发周期;

  • CMCL Explorer 为可视化的后处理工具。

CMCL数字工作流程,结合化学模型和先进的统计算法,适用于传统和替代燃料的发动机,涵盖数字工程的所有方面,可以模拟稳态和瞬态条件下的燃烧特性、气相和微粒排放。

CMCL数字工程工作流程(内燃机)


CMCL工作流程的优点之一是拥有不同级别的颗粒物建模功能,可以适用于不同的场景要求:

对于快速周转的商业项目,CMCL工作流程使用Hiroyasu-NageStrickland Constable经验模型,可以提供快速和准确的颗粒物模拟,包括烟尘、PM和PN;

对于更详细的模拟,CMCL拥有基于ODE的断面法和矩量法,可以计算粒径分布;

科研方面,CMCL工作流程提供群体平衡模型,可以用于详细调查颗粒大小分布和TEM图像。



案例1:重型发动机燃烧和排放

本案例为 CMCL Innovations 与卡特彼勒公司的合作项目,CMCL数字工程应用于卡特彼勒C4.4重型压燃柴油机的测量数据,以实现燃烧特性和发动机排放预测。

卡特彼勒收集了相关测量数据,涵盖C4.4发动机的各种工作条件、发动机转速和负荷。在测量数据的基础上,建立详细的物理化学模型,CMCL数字工作流程只应用了30%的数据进行模型校准,剩余70%的数据保留给验证。

校准后的模型能够有效地捕捉到发动机输出排放的趋势,如氮氧化物、uHCs和碳烟。这些模型可以应用于预测新工作条件下的燃烧特性和发动机排放。基于CMCL数字工程工作流程,卡特彼勒在发动机研发过程中能够降低对大量实验数据的需求,节省开发成本,缩短开发周期。


案例2:23纳米以下颗粒物建模

为了遵守越来越严格的二氧化碳排放规定,汽车发动机技术不断改进,但新的技术也带来新的问题,即汽车尾气排放出更小的纳米颗粒,并且现有的认证程序无法检测到这些纳米颗粒。汽车尾气中这些无法检测到的纳米颗粒也就成为了隐秘的健康“杀手”。
本案例将展示CMCL数字工程工作流程 kinetics & SRM Engine Suite 在详细的物理化学建模中预测发动机气相及颗粒物排放的能力,以及MoDS生成用于瞬态仿真的高维与快速响应替代模型的能力。


在该项目中,研究人员收集了单缸相关测量数据,涵盖了各种工作条件、发动机速度和负荷。CMCL数字工程工作流程为单缸发动机建立了详细的物理化学模型,经过校准后用以评估稳态气相排放、粒径分布、可溶性有机物部分(SOF)、PN和PM。SRM Engine Suite 车辆排放颗粒物运算结果TEM图如下:
   

   
2.6 CAD ATDC    

   

   
   
12.6 CAD ATDC    
   
32.6 CAD ATDC    
除了跟踪SOF的质量分数外,还可以跟踪SOF层的厚度。


经过校准的模型能够令人满意地捕捉到发动机输出的排放,包括颗粒大小的分布。


将代用模型与校准的模型和测量数据进行拟合,可以评估车辆级瞬态模拟中的尾气排放。在这个项目中,采用CMCL数字工程工作流程还得到多缸发动机23纳米以下的PN尾气排放数据,随后用代用模型进行了拟合,并与GT结合进行车辆级瞬态模拟。



CMCL数字工程工作流程还可以应用于化工领域颗粒物的模拟,相关案例下期分享,敬请关注。

来源:多相流在线
多相流燃烧化学群体平衡湍流通用航空航天船舶轨道交通积鼎 CFD
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-06-23
最近编辑:1年前
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