內燃機缸內條件下實用燃油多組分蒸發(fā)模型研究.pdf

1、高精度高效率的實用燃油多組分蒸發(fā)模型對模擬實用燃油在缸內直噴內燃機中的噴霧、蒸發(fā)乃至燃燒過程至關重要。本文基于實用燃油多組分的特征、直噴內燃機的工作環(huán)境、以及液滴蒸發(fā)過程中傳熱傳質特點，建立高精度高效率的蒸發(fā)模型，利用單液滴蒸發(fā)實驗數(shù)據(jù)驗證模型的可靠性。以實用多組分汽油和柴油液滴為研究對象，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)的實時動態(tài)計算。根據(jù)不同環(huán)境條件，選取合適的經驗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、烯烴以及實用燃油）的物性參數(shù)，包括燃油密度、表面張力、粘度、擴散系數(shù)、比熱容、導熱系數(shù)和飽和蒸汽壓等。通過對比計算值與參考值，選擇燃油替代組分和濃度，使替代組分的混合性質更接近實用燃油的平均性質。
　　(2)考慮氣相多組分擴散系數(shù)的差異，修正Stefan流速度，嚴格保證氣相質量守恒，并考慮氣相中的多組分焓擴散量，建立離散多組分擴散蒸發(fā)模型。通過與大量單液滴蒸發(fā)實驗數(shù)據(jù)對比，驗證了模型的可

3、靠性。利用該模型分析氣相多組分擴散對燃油液滴蒸發(fā)的影響，并結合內燃機缸內工作環(huán)境，深入研究不同環(huán)境氣體成分，如氮氣、氧氣、二氧化碳以及EGR率對燃油液滴蒸發(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。基于離散多組分擴散蒸發(fā)模型，修正Stefan流速度的連續(xù)表達式，建立混合多組分擴散蒸發(fā)模型。然后，參考實用燃油單液滴蒸發(fā)實驗

4、數(shù)據(jù)，驗證模型的可靠性。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)模型的計算特點。研究結果表明HMC模型同時具有DMC模型計算精度較高和CMC模型計算成本較低的優(yōu)點，并且能夠準確地描述每種烴類的蒸發(fā)特點。
　　(4)考慮內燃機缸內工作環(huán)境對液滴蒸發(fā)過程的影響，本文基于離散多組分擴散蒸發(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算液滴吸收的輻射熱量，針對不同的環(huán)境溫度和

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

6、多組分蒸發(fā)模型模擬的噴霧特征與實驗結果吻合較好。當噴油量較多時，單組分與多組分蒸發(fā)模型預測結果偏差較大，反之，二者偏差較小。高溫高壓多組分蒸發(fā)模型與KIVA-3V的耦合實現(xiàn)了實用燃油在內燃機缸內條件下噴霧發(fā)展的準確模擬。
　　(6)基于液滴蒸發(fā)過程中液相的傳熱傳質特點，本文在高溫高壓多組分蒸發(fā)模型的基礎上，提出并構建準維多組分蒸發(fā)模型，即采用二次多項式描述液滴內部溫度和組分濃度的分布。研究結果表明，準維多組分蒸發(fā)模型預測的實用燃油