大功率柴油机燃烧过程参数化分析及系统参数优化匹配研究

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1、北京交通大学硕士论文l绪论性都有了很大的提高，集中体现在美国的LosAlamos实验室在内燃机燃烧过程多维数值模拟的研究工作。该程序使用了改进的k一占湍流模型，并增加了油粒气体动力学破裂模型，即TAB(TaylorAnalogyBreakup)模型。1993年，美国的LosAlamos实验室在KIVA-II的基础上研制出KIVA-3程序。1997年2月LosAlamos实验室推出KIVA一3的改进版KIVA一3V。KIvA一3V程序包括了进排气过程，可以模拟伴随进排气门运动的气流流动，所以可以模拟完整的内燃机工作循环，涉及到气体流动、喷油、传热

2、和废气的生成等，几乎包括了内燃机燃烧过程中的所有物理现象。KIVA一3V最显著的特点是增加并扩展了Hessel气阀模型，因而使气阀模型的精度只依赖于网格的分辨率和单元的变形；气门可以有各自的升程曲线，气门可以是垂直的也可以是倾斜的。KIVA-3V的另一个特点是增加了油膜流动模型，包括喷油附壁、溅射、任意复杂壁面上油膜在空气动力效应下的流动和油膜重新进入气流时的热量与质量的交换。此外，KIVA-3V还增加了RNGk—s湍流模型、混合控制湍流燃烧模型和碳烟模型。改进了导热壁面定律模型，使计算结果和实验数据更加一致。1999年又推出了KIVA一3V的

3、改进版KIVA一3V第二版。美国LostAlamos国家实验室经过20多年的努力，相继推出的用于缸内流动和燃烧过程模拟的大型系列程序KIVA，取得了一系列举世瞩目的成果。英国A．D．Gosman等人提出了数值求解多维N-S方程的RPM方法，这是一个二维差分法计算程序，用来计算封闭的轴对称气缸中无燃烧的层流运动。在ALE数值计算方法发展的同时，1972年，英国帝国理工学院的D．B．Spalding首创的半隐式控制容积法SIMPLE(Semi-ImplicitMethodforPressure-LinkedEquations)，即解压力耦合方程的半

4、隐式法。在算法上奠定了求解缸内化学流控制方程组的基础，以后还发展了SIMPLE法的改进型方法。奥地利AVL公司的发动机专用三维模拟软件Fire依靠其强大的试验能力的支持，最近发展也相当快。Fire是由一个新的前处理模块FAME-Engine和CFI解算器相结合而形成的软件，主要针对缸内流动计算、喷雾扩散和燃料与空气的混合，它更重视用户在几何模型阶段的发动机参数。目前应用较广的多维模拟程序有KIVA系列、PHOENICS、Fire、FLUENT、CFX、STAR—CD等。2)国内柴油机燃烧过程多维仿真程序及软件的发展1986年大连理工大学首先发表

5、了缸内二维轴对称层流计算的文章。随后，又完成了喷雾模型、二维燃烧的数学模型、多维燃烧和湍流模型等缸内过程的模拟工作。1995年，吉林工业大学的许思传等人开发的微机版内燃机缸内多维气流运动3北京交通火学硕士论文1绪论模拟程序SUN—I【．71，华中理工大学的贺萍等采用发展的ALE法、Monte．Carlo数值方法开发的大型微机化软件包一GEFSM，通过与KIVA．II程序计算结果的对比，表明具有较好的计算精度，且使用比较方便，预测的结果与KIVA．II程序基本上吻合，在算法、后处理的功能、使用的方便性及计算精度等方面都己基本实现了KIVA．II程

6、序的功能【8】。1998年，同济大学的杜爱民、江苏理工大学的朱诞章等推出最新的涡流室式柴油机工作过程的三维模拟程序EngineCFD—II，在微机上成功地对涡流室式柴油机缸内工作过程进行了三维数值模拟【91。1999年，中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室蒋勇等开发了计算直喷式柴油机螺旋进气道与缸内空气运动的大型微机化程序IPIC．CFD，在国内首次对直喷式柴油机螺旋进气道．进气门．气缸内空气运动进行了稳流和实机三维数值模拟【1们。2000年，北京理工大学的杜巍等在吸收了国内外的先进经验和过去开发的RES2D、RESD．2D、RES3D等程序

7、的基础上，在微机上开发了大型的内燃机燃烧过程多维模拟程序RES3D．II[Il】。这些国内大型内燃机工作过程仿真程序，充分吸收和采用已有的国外先进技术成果，尤其是KIVA程序集中的数学模型和数值方法，具有较高的实用价值。它们的开发成功，缩短了我国与发达国家在这一领域的差距。1．2．2柴油机燃烧过程多维模型白上世纪80年代以来，随着计算数值方法和计算流体力学等学科的日趋成熟，柴油机工作过程多维数值模拟得到了迅速发展，各种子模型如燃烧、喷雾、传热、传质等被不断完善，为全面深入模拟柴油机工作过程奠定了良好的基础。柴油机整个燃烧过程可划分成多维非稳念气

8、体流动、喷雾运动和高温高压下的复杂化学反应三大部分，其中，气体流动和喷雾运动是燃烧反应过程的基础。柴油机缸内的流动过程除了遵循质量守恒、动量守恒和能量