马世虎 ANSYS China 上海 . 北京 . 成都 . 深圳 ANSYS CFD 发动机仿真分析方案介绍 马世虎 ANSYS China 上海 . 北京 . 成都 . 深圳
目录 发动机设计需求与难点 Forte发动机仿真方案介绍 总结
发动机设计需求分析与设计难点 大功率 高效率 重量轻 低排放 故障少 长寿命 难点 设计需求 压比 温度 排量 燃烧放热 Fuel+O2=CO2+H2O CO? 燃烧效率 着火点 燃烧速度 发动机 大气 后处理系统 燃烧产物 疲劳分析流程
燃烧过程的研究方法 理论分析 实验分析 仿真分析 作用：指导设计、指导实验、指导仿真 优点：普适、方向性 缺点：只能定性、基础性 作用：辅助设计、评审验证、校对仿真、支援理论研究 优点：反映实际工况 缺点：成本高、周期长、信息量少、工况受限 仿真分析 作用：辅助设计、支援理论研究、辅助实验 优点：成本低、周期短、工况不受限、信息全、KHKW 缺点：操作复杂抽象、输入参数多、精度依赖于诸多因素
提高仿真精度的策略 传统思想的策略： 我们的策略： 提供尽可能多的输入参数自由度 与实验结果对比 调节输入参数（主要是燃料属性）满足实验结果 模拟尽可能详细的机理 调节某些输入参数（不调节燃料属性）满足实验结果
目录 发动机设计需求与难点 Forte发动机仿真方案介绍 总结
燃烧过程中的机理与Forte系列软件的独特功能 与气动计算解耦的雾化模型、与壁面的相互作用 多组分蒸发模型和两相动量能量模型 通用多组分流动模型 基于真实燃料的简化反应机理模型 Forte系列产品的独特功能 雾化机理：燃料射流破碎成小液滴 蒸发机理：小液滴蒸发成气态燃料 混合机理：气态燃料与空气混合 气相燃烧机理：燃料与氧气发生氧化反应
雾化 蒸发 混合 反应 需要气体流场求解结果 雾化 A/V 不需要气体流场求解结果 State of art
雾化 蒸发 混合 反应 雾化的计算结果与实验对比 State of art
雾化 蒸发 混合 反应 液滴与壁面的相互作用 粘贴 反弹 扩展 飞溅
雾化 蒸发 混合 反应 壁面射流冲击实验对比
雾化 蒸发 混合 反应 蒸发 总蒸发方程，多组分 两相系统能量方程，单组分 单组分液滴的蒸发 时间 直径 多组分液滴的蒸发 时间 直径
雾化 蒸发 混合 反应 蒸发的计算结果与实验对比
气相燃烧 总包反应 Component: H2,O2 Species: H,O,OH Mechanism: 详细反应机理 反应机理 链的起始 雾化 蒸发 混合 反应 气相燃烧 总包反应 Component: H2,O2 Species: H,O,OH Mechanism: 反应机理 详细反应机理 链的分叉 链的传播 链的结束 链的起始 阿累尼乌斯公式
需要简化 燃料燃烧的组分与基元反应数量 Component Species Mechanism 氢气+氧气 4 7 甲烷+空气 325 53 雾化 蒸发 混合 反应 燃料燃烧的组分与基元反应数量 Component Species Mechanism 氢气+氧气 4 7 甲烷+空气 325 53 汽油+空气 1833 8764 柴油+空气 3809 15678 需要简化
Forte系列产品的燃烧反应机理简化流程 雾化 蒸发 混合 反应 Forte系列产品的燃烧反应机理简化流程 所有数据 真实柴油成分 真实柴油的物理属性： 热值、密度、沸点、C/H比、辛烷/十六烷值…… 所有计算 柴油替代物成分生成 否 流程实施 替代物成分质量分数优化 是否满足优化目标？ 设定替代物优化目标 是 替代物详细机理计算 设定机理简化目标 机理简化 否 机理简化计算结果是否满足简化目标 简化机理导入Forte
34组分与173组分计算结果压力对比 Very reduced n-heptane mechanism 34 species 雾化 蒸发 混合 反应 34组分与173组分计算结果压力对比 Very reduced n-heptane mechanism 34 species MFC-II n-heptane mechanism 173 species
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Forte系列内燃机燃烧仿真软件 雾化、蒸发、混合、化学反应求解 三维燃烧计算软件 Forte 燃料的物理化学性质 Reaction Workbench 燃料分析与反应机理简化 Chemkin Pro 点火分析、火焰传播速度分析、对冲火焰分析 燃料组分与反应机理数据库 MFL
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Forte系列内燃机软件总结 模拟尽可能详细的机理 高精度的计算结果 较便捷的操作流程 较高的仿真速度 详细的雾化机理 多组分蒸发模型 多组分燃烧仿真 详细的烟气生成机理 高精度的计算结果 雾化与蒸发计算结果与实验结果相符 壁面冲击计算结果与实验相符 多组分燃烧压力值与实验结果相符 烟气计算结果与实验结果相符 较便捷的操作流程 自动网格生成&动态网格技术 便捷的简化机理流程 较高的仿真速度 与气动计算解耦的雾化机理 多组分蒸发与两相系统方程的综合使用 先进的化学反应求解器 RCCI发动机燃烧过程：470组分，8CPU，4-6h 柴油发动机完整循环：173组分，24CPU，1d
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