內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)條件下實(shí)用燃油多組分蒸發(fā)模型研究.pdf

1、高精度高效率的實(shí)用燃油多組分蒸發(fā)模型對(duì)模擬實(shí)用燃油在缸內(nèi)直噴內(nèi)燃機(jī)中的噴霧、蒸發(fā)乃至燃燒過程至關(guān)重要。本文基于實(shí)用燃油多組分的特征、直噴內(nèi)燃機(jī)的工作環(huán)境、以及液滴蒸發(fā)過程中傳熱傳質(zhì)特點(diǎn)，建立高精度高效率的蒸發(fā)模型，利用單液滴蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的可靠性。以實(shí)用多組分汽油和柴油液滴為研究對(duì)象，開展多組分燃油單液滴蒸發(fā)特性的研究。
　　(1)首先開展多組分燃油物性參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算。根據(jù)不同環(huán)境條件，選取合適的經(jīng)驗(yàn)公式和混合法則求解不

2、同燃料（直鏈烷烴、異鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴、烯烴以及實(shí)用燃油）的物性參數(shù)，包括燃油密度、表面張力、粘度、擴(kuò)散系數(shù)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和飽和蒸汽壓等。通過對(duì)比計(jì)算值與參考值，選擇燃油替代組分和濃度，使替代組分的混合性質(zhì)更接近實(shí)用燃油的平均性質(zhì)。
　　(2)考慮氣相多組分?jǐn)U散系數(shù)的差異，修正Stefan流速度，嚴(yán)格保證氣相質(zhì)量守恒，并考慮氣相中的多組分焓擴(kuò)散量，建立離散多組分?jǐn)U散蒸發(fā)模型。通過與大量單液滴蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了模型的可

3、靠性。利用該模型分析氣相多組分?jǐn)U散對(duì)燃油液滴蒸發(fā)的影響，并結(jié)合內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)工作環(huán)境，深入研究不同環(huán)境氣體成分，如氮?dú)?、氧氣、二氧化碳以及EGR率對(duì)燃油液滴蒸發(fā)過程的影響規(guī)律。
　　(3)基于離散和連續(xù)蒸發(fā)模型的概念，建立混合多組分蒸發(fā)模型。首先，將實(shí)用燃油離散成幾種烴類，采用連續(xù)概率密度函數(shù)描述每種烴類的分布?；陔x散多組分?jǐn)U散蒸發(fā)模型，修正Stefan流速度的連續(xù)表達(dá)式，建立混合多組分?jǐn)U散蒸發(fā)模型。然后，參考實(shí)用燃油單液滴蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)

4、數(shù)據(jù)，驗(yàn)證模型的可靠性。最后，充分比較了混合多組分（HMC）、連續(xù)多組分(CMC)和離散多組分(DMC)蒸發(fā)模型的計(jì)算特點(diǎn)。研究結(jié)果表明HMC模型同時(shí)具有DMC模型計(jì)算精度較高和CMC模型計(jì)算成本較低的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠準(zhǔn)確地描述每種烴類的蒸發(fā)特點(diǎn)。
　　(4)考慮內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)工作環(huán)境對(duì)液滴蒸發(fā)過程的影響，本文基于離散多組分?jǐn)U散蒸發(fā)模型建立高溫高壓多組分蒸發(fā)模型。首先，采用半透明輻射熱量子模型計(jì)算液滴吸收的輻射熱量，針對(duì)不同的環(huán)境溫度和

5、液滴粒徑，研究輻射熱量對(duì)液滴蒸發(fā)過程的影響。采用立方型狀態(tài)方程和van der Walls混合法則求解實(shí)際氣體行為和氣液相平衡。綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算效率，提出并定義忽略輻射熱量的粒徑判斷準(zhǔn)則和采用理想氣體模型的壓力判斷準(zhǔn)則，從而根據(jù)環(huán)境條件和液滴粒徑大小，擇優(yōu)選擇計(jì)算模型，提高模型的計(jì)算精度和計(jì)算效率。
　　(5)完成KIVA-3V與高溫高壓多組分蒸發(fā)模型的耦合，模擬分析實(shí)用柴油在定容裝置中噴霧的發(fā)展過程。研究結(jié)果表明，高溫高壓

6、多組分蒸發(fā)模型模擬的噴霧特征與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。當(dāng)噴油量較多時(shí)，單組分與多組分蒸發(fā)模型預(yù)測(cè)結(jié)果偏差較大，反之，二者偏差較小。高溫高壓多組分蒸發(fā)模型與KIVA-3V的耦合實(shí)現(xiàn)了實(shí)用燃油在內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)條件下噴霧發(fā)展的準(zhǔn)確模擬。
　　(6)基于液滴蒸發(fā)過程中液相的傳熱傳質(zhì)特點(diǎn)，本文在高溫高壓多組分蒸發(fā)模型的基礎(chǔ)上，提出并構(gòu)建準(zhǔn)維多組分蒸發(fā)模型，即采用二次多項(xiàng)式描述液滴內(nèi)部溫度和組分濃度的分布。研究結(jié)果表明，準(zhǔn)維多組分蒸發(fā)模型預(yù)測(cè)的實(shí)用燃油