內燃機燃燒模擬理論與應用研究.pdf

1、要在越來越高的燃油經(jīng)濟性指標和嚴格的排放法規(guī)的限制下，設計出性能優(yōu)越，具有市場競爭力的內燃機，成為世界各國的內燃機專家和設計師們面臨的一個嚴峻的挑戰(zhàn)，研究內燃機控制排放和提高經(jīng)濟性能的技術，第一步就是要了解內燃機燃燒過程。本文就是利用計算機仿真技術對內燃機燃燒過程進行研究，對柴油機使用可變組分空氣的燃燒特性和雙燃料發(fā)動機復合燃燒特性進行了數(shù)值仿真實驗和臺架實驗研究，主要內容如下： 總結了內燃機燃燒計算機仿真的一般過程，然后依照此

2、過程對內燃機燃燒過程進行計算機仿真研究。 總結了包括基本控制方程和狀態(tài)方程、湍流流動模型、燃油噴霧模型、湍流燃燒模型、燃燒化學動力學模型、排放模型、缸內傳熱模型和初始條件和邊界條件等在內的較為完整的內燃機缸內過程的三維數(shù)學模型的研究成果，上述控制方程和子模型完整地構成了內燃機燃燒過程的數(shù)學模型，是內燃機燃燒模擬的理論基礎。 論述了內燃機燃燒過程各數(shù)學模型的數(shù)值求解方法，在消化、吸收和借鑒KIVA程序的基礎上，編制了一個完

3、整的包括內燃機缸內過程基本數(shù)學模型的仿真程序，并用KIVA的標準算例進行了驗證，實現(xiàn)了內燃機燃燒模擬程序編制，為下面進行新型燃燒方式和各種清潔代用燃料發(fā)動機的燃燒過程仿真計算建立了仿真平臺。 建立了柴油機使用可變組分空氣的燃燒模型，該模型主要包括：設計了一個能夠自動判斷發(fā)火網(wǎng)格單元的標準，能夠自動尋找發(fā)火單元；采用特征時間模型模擬燃燒過程，其中化學動力學模型采用Westbrock CK等人提出的四步反應機理模擬燃料的氧化(燃燒)

4、替代原來的一步反應機理；采用擴充的Zeldovich機理模擬NO的形成； 設計了利用分子篩制取高壓富氮空氣(NEA)的裝置，對空氣組份發(fā)生變化對柴油機NO排放的影響進行了實驗和仿真計算，驗證了柴油機NO排放生成機理，認為NO的生成量主要受高溫、富氧和高溫持續(xù)時間等條件的綜合作用；在柴油機中高負荷，利用NEA技術對降低柴油機NO排放是有效的，而且NEA中N2的濃度不需要太高，同時，發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性有所下降，CO及PM排放有所增

5、加，須根據(jù)發(fā)動機的工況，優(yōu)化NEA濃度，才有可能取得更好的排放和經(jīng)濟性效果。 建立了雙燃料發(fā)動機復合燃燒模型，將雙燃料發(fā)動機的燃燒過程分為三個階段：低溫著火化學動力學反應期、向高溫燃燒期過渡期和高溫燃燒期，分別采用修正的Shell著火模型、采用Arrehenius形式的平均反應速率方法和基于渦團耗散概念模型的特征時間混合模型來模擬，模型預測的示功圖和實驗值吻合良好。 對柴油/LPG雙燃料發(fā)動機的燃燒機理、燃燒過程、著火特