内燃机燃烧模拟的意义.doc

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1、内燃机燃烧模拟的意义1、内燃机燃烧模拟的提出：内燃机己成为现代社会的重要动力设备，是T农业生产和交通运输屮应川最广泛的动力机械，它所发出的功率占全世界所有动力装备总功率的5（）%以上，消耗的燃料占不汕燃料的60%以上；同时，它也是人类最大的环境污染源之一。因此，从节约能源和保护环境的角度岀发，人们对其提出了愈来愈苛刻的要求，既要输出功率大（动力性好），比燃料消耗少（经济性优），又要符合口益严格的排放法规要求（低污染甚至零排放），新型内燃机代用燃料和燃烧模式应运而生，因而对内燃机燃烧的研究提岀了新的挑战。主要依赖于实验手段和工作经验的传统方法已经不能胜任这一要求，随着计算机技术的发展，借

2、助于计算机仿真技术和实验技术的结合，有可能使燃烧过稈研究进一步深入，从而开拓新的技术途径。随着计算机的进步，计算机仿真技术对内燃机燃烧过程进行仿真研究，对新型内燃机代用燃料和燃烧模式的燃烧机理和特性进行计算机仿真和实验研究有着重要的意义。2、内燃机燃烧模拟国内外应用现状：随着计算机硬件和软件的飞速发展，高速CPU、大容量硬盘的不断问世，利用普通计算机进行内燃机缸内过程的三维数值模拟计算成为可能。计算机数值模拟方法可以更好的全面预测内燃机的性能，代替部分发动机试验，在不受时空限制的条件下进行备种变参数研究,指导设计和开发新型燃烧系统发动机，对I口发动机的性能进行优化，还可以降低实验费用，

3、缩短实验时间，节省大量的人力物力，具有很强的生命力和优越性。以流体力学、传热传质学、化学反应动力学、燃烧理论和计算数学为基础，以高速大容最计算机为主要工具，通过计算手段来探索自然界、工程实际和社会生活中各种燃烧现象的机理，研究各种燃烧系统和装置屮燃烧过程的规律和特点，从而实现对各种燃烧现彖进行准确的分析和预测。内燃机燃烧数值模拟方法已成为内燃机系统的研究，设计和优化的一个强有力工具，国内外许多研究单位都已开展了这方面的工作，并取得了非常好的效果。国外在内燃机缸内T作模拟方面的研究开展较早，并开发出了许多商业CFD软件，主要常用的有：RPM、PHOENICS、EPISO、KIVA系列、F

4、IRE、Star—CD、VERTIS、SCRYU、FLUENT>PowerFLOW.CFX—5、SPICE、FIDAP等等，这些程序的差异主要表现在各种描述燃烧和流动过程的物理、化学过程模型的不同有机组合以及采用不同的数值方法上，不同的软件在不同的应用领域有各H的优势。3、内燃机燃烧模拟建模及仿真过程：模拟就是“模仿真实世界"，现代又称“仿真”，都是利川模型来分析与研究真实世界，现代模拟或者仿真技术都是在计算机支持下进行的，因此系统仿真也称为计算机仿真。系统仿真有三个基木的活动：系统建模（一次建模）、仿真建模（二次建模）和仿真实验，联系这三个活动的是计算机仿真的三要素：系统、模型和计算

5、机（包括硬件和软件）。计算机仿冀是基于模型的活动。第一步：数学建摸与形式化。首先要针对实际系统建立其数学模型，根据研究和分析的目的，确定模型的边界，因为任何一个模型祁只能反映实际系统的某一部分或某一方面，另一方面，为使模型具有可信度，必须具备对系统的先验知识及必要的试验数据。特别是还必须对模型进行形式化处理，以得到计算机仿真所要求的数学描述。第二步：仿真建模。即根据系统的特点和仿真的要求选择合适的算法，当采用该算法建立仿真模型时，其计算的稳定性、计算精度和计算速度应能满足仿真的需要。第三步：程序设计。即将仿真模型用计算机能执行的稈序来描述，稈序屮还要包括仿真实验的要求，如仿莫运行参数、

6、控制参数、输出要求等。第五步:进行仿真实验、处理仿真结果。依照上述流程，木文对内燃机缸内燃烧过程进行建模、仿真和仿真实验。4、内燃机燃烧模拟的意义：燃烧模拟，燃烧的实质是化学反应的流动。对于湍流流的问题，故理想的是DNS,但是不理想也不是主要原因。主要原因是计算量大，尤其是化学流动方面，真实的化学流动不能用一个反应算出来，牵涉到几百个上千个化学反皿式，而且目前只有少数的清楚的。另外,湍流和化学反丿应会相互作用，我们在模拟过程屮可以通过离散化，这样可以求解单区反应系统屮的过稈，通过化学反应速率，牵扯儿百个反应，可以知道每一个燃烧位置的变化，实际上并没有考虑到温度和浓度的理想，因此仍然需要

7、实验室标的，如何进行开发燃烧模型标的呢？这个例了是美国国家实验室对三高燃烧的诊断，可以测得燃烧过程屮碳烟的生成情况,对模型进行标定，可以进一步预测一氧化碳、温度场、甲醛，这些影响燃烧过程屮非常重要的空间产物。美国做的低温燃烧的情况下，发动机供油及柴油机反应之前，氮氧化物温度升高，碳烟减少，提到」定稈度，再往前提会发现进入一种奇怪的现象，这个实际上是模拟这个过程,喷油往示推迟，这种标准是柴油机，这就绘为什么柴油机现在扩散燃烧很难避免氮氧化物和碳烟