优化的柴油发动机燃烧过程建模
流体力学建模是反应发柴油发动机喷雾情况的一个重要手段。随着未来对柴油发动机氮氧化物排放和烟尘排放量的MATCH_
word
word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历
_1716036928559_0提高，对于柴油发动机的喷油及燃烧过程作出精确地模拟非常重要。烟尘排放量很大程度上取决于发动机内部喷油和燃烧的模式结构。因此，建模的最重要之处在于能够精确捕捉到喷油过程和燃油蒸汽分布规律。
对燃油喷雾的模拟过程涉及到燃油喷雾雾化和雾化粒子的直接数值模拟方法（Direct Numerical Simulation）。而要进行此类仿真分析需要耗费计算机大量的计算量，成本非常高，作为一个日常的应用方法并不可行。为了找到代替方法，大部分液体雾化的流体力学建模采用拉格朗日建模法，这种方法能够根据油雾轨迹和主体气相追踪油滴，形成欧拉流体模型。油雾粒子被当作质点并与气相混合气进行质量与动量上的传递，并在穿过气相曲线时产生能量传递。然而，该模型中使用的物理模型产生其他问题，例如精确度较低和对网格的依赖。
在一项研究中，爱荷华州立大学和约翰迪动力系统（John Deere Power Systems）公司利用KIVA-3V柴油发动机作为模拟对象。利用KH-RT崩裂模型（breakup model）和随机碰撞模型（stochastic collision model）对该柴油发动机的基本喷雾形态进行建模。然而，该模型也不足以反应出柴油的蒸汽渗透情况。此外，模型中蒸汽渗透的曲线斜率会在液体粒子完全蒸发的时刻迅速下降，出现这种情况的原因是因为缺乏后续动力来源。因此需要在该区域建立另外的仿真模型为气相油雾提供动力来源。通过蒸汽粒子建模的方法能够改善蒸汽渗透的情况，在此模型中，液体的粒子蒸发产生蒸汽粒子，而蒸汽粒子通过层流扩散在气相油雾中聚集。，油雾喷射区需要建立更精密的网格图表以精确捕捉燃料渗透的量。通过加入燃油喷射模型进一步改善蒸汽粒子模型，并且能够在液体粒子蒸发进一步下游的蒸汽粒子。通过此方法可能会导致另一个问题，将细化的网格应用入实际发动机建模过程中可能会由于网格精度的不同从而导致值域的不同。
在这项研究中，采用新的蒸汽粒子模型以提升燃油喷雾渗透的效果。在喷雾蒸发模型中，通过不带有任何燃油成分的气态粒子为气相油雾提供动量源。即便油滴安全蒸发，气态粒子依旧能够被捕捉到。这需要为气相油雾提供额外的动量源以增加油雾渗透效果，早通过提供连续的动量源来避免渗透效果的减弱。该模型与前一个模型的区别在于，该模型将蒸汽直接释放进入气相区域，上一个模型将蒸汽质量保留于蒸汽粒子中并基于粒子大小逐渐将其释放进入气相区。这导致了例如喷油嘴附近粒子蒸发时，油雾浓度会变得较低或为零，在精度较低的网格中尤为明显，因为较小的值均被忽略无法精确显示。而在新模型中，蒸汽质量直接向气相中释放的同时相同质量的也加入了蒸汽粒子中，作为跟踪动量来源的虚拟粒子。该模型被应用于非反应柴油喷雾模型中来验证蒸汽渗透性与网格依赖性。该模型同时还适用于柴油发动机的定容反应。
在非反应喷雾情况下，该模型能够提供更良好的蒸汽渗透性及网格独立性。气体粒子模型用来模拟在不同环境密度中精确地预测出油雾渗透性。此外，该模型基于正庚烷反应机制（N-heptane reaction mechanism）与一个两步烟尘模型模拟出柴油发动机的定容喷油燃烧过程，能够准确地预测出发动机的点火提前角以及烟尘排放情况。总体来说，气体粒子模型能够比KIVA模型更准确地预测柴油喷雾的分布情况。汽配招聘也是影响其准确性的重要因素之一。
虽然该模型能够对发动机点火提前角以及蒸汽渗透进行预测，同时它还能够预测在喷射后阶段气缸内的压力情况。通过动力源从气缸内径向上获取气体颗粒扩散情况，对发动机喷油情况进一步预测和分析。
浙公网安备 33021202002483