STAR-CCM+内燃机缸内CFD仿真：从理论框架到代码实践

STAR-CCM+内燃机缸内CFD仿真：从理论框架到代码实践

摘要

内燃机缸内CFD仿真是现代发动机开发中不可或缺的技术手段。本文以Siemens Simcenter STAR-CCM+平台为核心，系统阐述内燃机缸内流动、喷雾、燃烧与排放仿真的理论框架与工程实践。在理论基础部分，详细论述了动网格技术体系（包括Morph变形法、重叠网格法和Remeshing重构法）、燃烧物理模型体系（ECFM系列模型、小火焰生成流型表FGM模型、复杂化学模型）以及排放预测模型（热力型NOx和燃料型NOx）。在代码实现部分，提供了四套完整的自动化脚本：基于Java的仿真宏自动化代码、基于Linux的HPC集群作业脚本、燃烧与排放后处理的场函数定义代码、以及动网格与阀运动的脚本化控制代码。文中给出的代码均经实际验证，可直接应用于工程实践。

关键词：STAR-CCM+；内燃机CFD；缸内仿真；动网格技术；燃烧模型；Java宏自动化

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

内燃机作为交通运输和工业生产领域的主要动力来源，尽管面临电气化的冲击，但在未来数十年内仍将是动力系统的主力。推动内燃机小型化和混合动力化的趋势给发动机开发带来了诸多新的挑战，这些挑战只能通过大量计算流体动力学仿真才能克服。

STAR-CCM+是由Siemens Digital Industries Software开发的多物理场仿真平台，基于有限体积法，能够对流体流动、传热、燃烧、化学反应及流固耦合等复杂问题进行统一建