一款易用性高、功能强大工具的选用往往对开发项目起到惊人的推波助澜、事半功倍的效用。在CFD领域，利用CONVERGE，再复杂的燃烧流动三维模拟都能顺利完成！CONVERGE以其自动网格生成机制，已经将普通的内燃机模拟规范化。无论是柴油机扇区模拟还是汽油预混燃烧模拟，都有标准的设置方式，让用户在一个小时之内完成所有前处理操作并提交计算。

但是，研发人员不满足这种简单，流程化的应用。他们总是想挑战更加复杂的问题。在CONVERGE出现以前这些问题不是难以解决就是只能简化处理。CONVERGE正是工程师们需要借助的东风。以下这些未来3-5年内燃机领域的重点复杂问题在CONVERGE的帮助下将变得易如反掌。

一、不正常燃烧（爆震和提前着火）

增压/高压缩比是提高汽油机效率的趋势。但是这些改进同样增加爆震发生的概率。因此，有必要在产品设计阶段定量分析爆震发生的可能性。传统的爆震分析方法基本都是简单的计算压力升高率或是用经验公式计算一个爆震指数。这些方法与物理现象的本质联系并不紧密，因此预测性并不可靠。CONVERGE则从爆震的本质出发分析这个问题。利用CONVERGE分析爆震与用实验数据分析爆震一模一样：在计算域中设置监测点，将监测点压力傅立叶变换（时域->频域），滤波，傅立叶逆变换（频域->时域），即可得到当地压力波动，最后通过波动的幅值判断爆震的发生。所用的工具都已经集成到CONVERGE面板中。

本田公司就是利用上述方法预测爆震发生的地点和时刻，结果和实验值吻合良好。 

   由SAGE计算的主火焰前锋和自着火位置（左），处理后的监测点压力波动（中），爆震可能性空间分布（右）(本田汽车，SAE 2015-01-0750)

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二、实时共轭传热

目前大多数的模拟还是假设温度均匀分布且恒定的壁面温度。由于对精度要求不断提高，研究问题不断细化，上述方法正在逐渐被共轭传热代替。其他软件的共轭传热只能在特定时刻发生，并且计算壁面换热需要牵涉到几款软件。但是CONVEGRE的super cycling功能却可以让用户灵活控制传热计算的频率和时间，从而达到精度和计算成本间的最优组合。整个计算完全在CONVERGE中完成，用户只需要导入流体域和固体域的整体模型即可。

传热在固体域内的时间尺度比在流体域的慢几个数量级。为了节约计算资源。CONVERGE的做法是先在求解流体，保存传热系数和近壁面温度，末尾中断流体计算，转而计算平均传热系数平均近壁面温度，和流固间换热量。更新固体域温度之后，重新开始下一时段流固计算，并以这种交替方式持续。

卡特彼勒公司利用这个功能研究了气门的温度变化和分布。模拟结果和实验结果对标良好。

气门温度场变化趋势（左），监测点温度变化与测量值对比波动（右）

(卡特彼勒，Convergent Science 2015 用户大会)

 三、Soot预测

随着汽油机排放法规的不断严苛和细化，汽油机soot模拟是主机厂和研究机构比较关心的问题。传统的hiroyasu两步反应只能给出总体的质量，而不能给出最新排放法规规定的数量密度等参数。CONVERGE自带的详细soot模型结合详细化学反应机理可以考虑颗粒的生长，凝聚，氧化现象。并可得到平均颗粒尺寸，数量密度，粒径分布等结果。

通用汽车公司利用这个功能研究了气门的温度变化和分布。模拟结果和实验结果对标良好。

 炭烟颗粒数量密度随喷油时刻的变化（左），火花塞附近soot生成机理分析（右）

(通用汽车，Convergent Science 2016 用户大会)

 四、高性能计算

计算机硬件的不断升级和降价让大规模计算越来越便利。如下图，在目前世界计算速度排名前10的超级计算机中(https://www.top500.org/lists/2016/11/)，已经有3台部署了CONVERGE软件（中国国家超算的神威太湖之光，美国能源部的TITAN，美国能源部的MIRA）。利用超算的公司包含中美两国知名的主机厂和研究机构。

高性能计算可以用来解决之前不可能完成的任务。这里仅举一例。众所周知，真实汽油机存在着相对大的多循环变动和气缸间的变动。这些变动极大影响发动机的动力特性和排放。传统的汽油机模拟仅仅是对标几百个（比如500）实验缸压的平均值，而忽略了这种变动。现在大涡模拟（LES）加上高性能计算可以很方便的求解这种问题。Gamma Technologies利在MIRA超级计算机上，用50个连续的LES循环成功再现了1000个实验循环的波动。

模拟（50循环）和实验（1000循环）缸压对比（左），模拟和实验COV对比（右）

(GammaTechnologies，Convergent Science 2016 用户大会)

        综上所述，CONVERGE软件的易用性和精确性已经将全模型+进排气+喷雾+燃烧的模拟方法标准化。在未来几年，多缸/多循环，不正常燃烧（爆震，提前着火），共轭传热，soot的预测，喷嘴VOF等较高层次的模拟方式将变得普遍。高性能计算的使用会加速这个过程。CONVERGE软件和IDAJ已经做好了充分的准备，为更广泛的客户提供优质的服务。

 三维通用流体软件CONVERGE由美国Convergent Science Inc.（CSI）开发。CONVERGE成功地解决了CFD领域中非常棘手的全自动六面体网格剖分和运动边界处理问题；同时其具有完善的湍流、喷雾、燃烧、排放等发动机缸内分析需要的各种物理模型。所以，其首先被成功应用到活塞式发动机行业，包括柴油机、汽油机、天然气/乙醇/氢气/混合气体发动机等。如今，世界的多数发动机研发机构都在使用CONVERGE进行产品设计和性能分析。CONVERGE还被应用在燃气轮机，SCR，压缩机，阀门等系统的模拟中。

 艾迪捷有限公司（IDAJ Co., Ltd简称IDAJ），于1994年成立于日本横滨，是亚太地区最大的流体分析(CFD)、仿真技术咨询、综合CAE/CFD软件销售和技术服务商之一。主营业务为：为日本、中国、韓国、英国等国提供CAE咨询服务以及代理销售英国、美国、德国等世界一流的CFD、CAE软件。经过多年发展，公司目前已在横滨总公司之下开设了神户、名古屋、北京、上海分公司及英国办事处。IDAJ是CONVERGE软件在亚太地区的独家代理商。

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