基于火核群效應(yīng)的汽油機(jī)CAI燃燒放熱率模型的研究.pdf

1、汽油機(jī)可控自燃(Controlled Auto-Ignition, CAI)是一種能夠有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率,降低排放的新型燃燒方式。區(qū)別于傳統(tǒng)汽油機(jī)的火花點(diǎn)火式燃燒,CAI燃燒呈現(xiàn)多點(diǎn)自燃的燃燒特征。且由于受到化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的控制,缸內(nèi)溫度和組分的分層對(duì)燃燒過(guò)程有著顯著的影響。但是,當(dāng)前的CAI燃燒放熱率模型尚不能很好地描述上述燃燒特點(diǎn),限制了模型的使用。因此,本研究擬建立一個(gè)能夠反映CAI燃燒特性的放熱率模型,在根本上提高模型的實(shí)用性

2、。
　　由于缸內(nèi)溫度、組分分布不均勻,不同區(qū)域會(huì)先后產(chǎn)生自燃點(diǎn),自燃點(diǎn)放熱促進(jìn)新的自燃點(diǎn)產(chǎn)生,大量自燃點(diǎn)群體演化導(dǎo)致CAI燃燒。從微觀角度上看,這一過(guò)程符合群智能理論中關(guān)于“簡(jiǎn)單個(gè)體之間存在相互影響,會(huì)促進(jìn)或抑制個(gè)體行為的發(fā)展,最終導(dǎo)致群體現(xiàn)象涌現(xiàn)”的設(shè)定。本研究將燃燒中的單個(gè)自燃點(diǎn)定義為一個(gè)“放熱火核”,基于此提出了“火核群”的概念,并提出了基于火核群體效應(yīng)建立汽油機(jī)CAI燃燒放熱率模型的思想。
　　通過(guò)三維仿真分析發(fā)現(xiàn),

3、不考慮火核個(gè)體的化學(xué)反應(yīng),利用放熱火核群體發(fā)展歷程可以表征CAI燃燒放熱過(guò)程。借助群智能理論,基于放熱火核數(shù)目變化過(guò)程的數(shù)學(xué)推導(dǎo),發(fā)展了一個(gè)能夠合理地描述多點(diǎn)自燃燃燒放熱過(guò)程的函數(shù)。該函數(shù)與基于溫度閾值的著火判斷函數(shù)式一起構(gòu)成了火核群燃燒放熱率模型。經(jīng)過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證,該模型對(duì)于過(guò)量空氣系數(shù)為1?4,廢氣率70％以下的CAI燃燒工況均有較好的預(yù)測(cè)效果。同時(shí),模型參數(shù)物理意義明確,方便描述燃料不完全燃燒等實(shí)際燃燒現(xiàn)象,利于考慮復(fù)雜

4、的燃燒影響因素,從而更易于改善模型的適用性和精度。
　　以火核群模型為基礎(chǔ),本研究進(jìn)行了在放熱率模型中添加溫度分布對(duì)燃燒影響的探索。首先,通過(guò)三維CFD仿真深入分析了溫度分布對(duì)于放熱火核發(fā)展歷程的影響。結(jié)果表明,溫度分布越均勻,初始火核數(shù)和放熱火核平均增長(zhǎng)率均變小。通過(guò)建立放熱火核發(fā)展過(guò)程中的這兩個(gè)參數(shù)與溫度不均勻度的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了對(duì)模型中溫度分布參數(shù)影響的修正,使得火核群模型對(duì)CAI燃燒相位和燃燒持續(xù)期的預(yù)測(cè)精度分別提高0.47°