內(nèi)燃機(jī)燃燒模擬理論與應(yīng)用研究.pdf

1、要在越來(lái)越高的燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和嚴(yán)格的排放法規(guī)的限制下，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)越，具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的內(nèi)燃機(jī)，成為世界各國(guó)的內(nèi)燃機(jī)專家和設(shè)計(jì)師們面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，研究?jī)?nèi)燃機(jī)控制排放和提高經(jīng)濟(jì)性能的技術(shù)，第一步就是要了解內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程。本文就是利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程進(jìn)行研究，對(duì)柴油機(jī)使用可變組分空氣的燃燒特性和雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合燃燒特性進(jìn)行了數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)和臺(tái)架實(shí)驗(yàn)研究，主要內(nèi)容如下： 總結(jié)了內(nèi)燃機(jī)燃燒計(jì)算機(jī)仿真的一般過(guò)程，然后依照此

2、過(guò)程對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。 總結(jié)了包括基本控制方程和狀態(tài)方程、湍流流動(dòng)模型、燃油噴霧模型、湍流燃燒模型、燃燒化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型、排放模型、缸內(nèi)傳熱模型和初始條件和邊界條件等在內(nèi)的較為完整的內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)過(guò)程的三維數(shù)學(xué)模型的研究成果，上述控制方程和子模型完整地構(gòu)成了內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，是內(nèi)燃機(jī)燃燒模擬的理論基礎(chǔ)。 論述了內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程各數(shù)學(xué)模型的數(shù)值求解方法，在消化、吸收和借鑒KIVA程序的基礎(chǔ)上，編制了一個(gè)完

3、整的包括內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)過(guò)程基本數(shù)學(xué)模型的仿真程序，并用KIVA的標(biāo)準(zhǔn)算例進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)燃燒模擬程序編制，為下面進(jìn)行新型燃燒方式和各種清潔代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程仿真計(jì)算建立了仿真平臺(tái)。 建立了柴油機(jī)使用可變組分空氣的燃燒模型，該模型主要包括：設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠自動(dòng)判斷發(fā)火網(wǎng)格單元的標(biāo)準(zhǔn)，能夠自動(dòng)尋找發(fā)火單元；采用特征時(shí)間模型模擬燃燒過(guò)程，其中化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型采用Westbrock CK等人提出的四步反應(yīng)機(jī)理模擬燃料的氧化(燃燒)

4、替代原來(lái)的一步反應(yīng)機(jī)理；采用擴(kuò)充的Zeldovich機(jī)理模擬NO的形成； 設(shè)計(jì)了利用分子篩制取高壓富氮空氣(NEA)的裝置，對(duì)空氣組份發(fā)生變化對(duì)柴油機(jī)NO排放的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和仿真計(jì)算，驗(yàn)證了柴油機(jī)NO排放生成機(jī)理，認(rèn)為NO的生成量主要受高溫、富氧和高溫持續(xù)時(shí)間等條件的綜合作用；在柴油機(jī)中高負(fù)荷，利用NEA技術(shù)對(duì)降低柴油機(jī)NO排放是有效的，而且NEA中N2的濃度不需要太高，同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性有所下降，CO及PM排放有所增

5、加，須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，優(yōu)化NEA濃度，才有可能取得更好的排放和經(jīng)濟(jì)性效果。 建立了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合燃燒模型，將雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程分為三個(gè)階段：低溫著火化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)期、向高溫燃燒期過(guò)渡期和高溫燃燒期，分別采用修正的Shell著火模型、采用Arrehenius形式的平均反應(yīng)速率方法和基于渦團(tuán)耗散概念模型的特征時(shí)間混合模型來(lái)模擬，模型預(yù)測(cè)的示功圖和實(shí)驗(yàn)值吻合良好。 對(duì)柴油/LPG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒機(jī)理、燃燒過(guò)程、著火特