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內(nèi)燃機模型的發(fā)展現(xiàn)狀：利用CFD技術研究燃燒過程的主要內(nèi)容就是求解多組份的帶化學反應的流體力學問題。反應流控制方程的組成除了包括質(zhì)量守恒方程、動量雷諾時均N2S方程外,還包括能量和化學組份的守恒方程。CFD通過溫度、濃度變化而引起的密度變化建立化學反應與流場的關系。由于反應流所涉及到的復雜物理化學機理和數(shù)值求解問題,對其進行數(shù)值求解依然是CFD中相對薄弱的環(huán)節(jié)。幾乎所有內(nèi)燃機的燃燒均為湍流燃燒，組份濃度、溫度和其他變量當?shù)厮矔r值通常是非線性的。
因此，需要構造燃燒模型來建立化學反應速率與湍流流動的關系。本文以STAR-CD和FIRE為出發(fā)點,討論燃燒內(nèi)燃機模型的發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀。
內(nèi)燃機模型的模式概述
傳統(tǒng)的車用內(nèi)燃機主要有火花點火汽油機(SI)和壓燃柴油機(CI)。為了滿足越來越嚴格的排放法規(guī)和降低油耗的需求，新的燃燒系統(tǒng)不斷出現(xiàn)。其中，缸內(nèi)直噴汽油機(GDI)是降低火花點火發(fā)動機油耗最有效的方法之一,而均質(zhì)混合氣壓燃(HCCI)也為火花點火發(fā)動機和壓燃柴油機提供了一種可替代的燃燒方式。一般認為,對于火花點火汽油機，燃燒室內(nèi)充滿了燃料和空氣的預混合氣,火花塞在兩極間產(chǎn)生1個小的球形傳播火焰,然后在燃燒室內(nèi)傳播形成預混燃燒。在離火花塞較遠的末端混合氣,在火焰面未到達以前就發(fā)生自燃,作為汽油機中非正常燃燒過程的這一現(xiàn)象稱為“敲缸”。柴油機在柴油噴入氣缸后,首先一部分柴油蒸發(fā)并和空氣混合成可燃混合氣,在高溫下發(fā)生自燃(AI),著火延遲由溫度、壓力、空燃比和殘余廢氣分數(shù)決定,接著燃油噴霧和空氣被由已燃氣體組成的1個薄的反應區(qū)分割開,通常認為反應區(qū)的化學時間尺度比燃料和空氣向火焰區(qū)擴散的尺度小得多,因此燃燒過程受湍流混合速率所控制,形成非預混燃燒或擴散燃燒。由于AI控制的燃燒初期,造成燃燒室壓力的快速增長,成為放熱率的重要組成部分,因此對于柴油機中的燃燒過程,不能僅僅認為是非預混模式。而對于新的燃燒方式如HCCI，在著火后,還不能明確地將其劃分為預混燃燒還是非預混燃燒。內(nèi)燃機燃燒模型的建立主要針對自燃、預混燃燒和非預混燃燒3種燃燒模式,其中有些模型同時模擬其中2種模式或全部3種模式。
內(nèi)燃機燃燒機理主要依賴于化學反應動力學、湍流以及二者之間的相互作用。化學反應動力學主要涉及的是分子級的化學組份的反應機理和反應速率,這對于燃燒模擬來說是最基本的信息,對內(nèi)燃機來講依然是很難獲得的。其原因是內(nèi)燃機燃料是由幾百種有機化合物混合而成的,其反應組份有上千種,涉及到的反應有幾百個。要考慮它們的時空分布,在目前幾乎是不可能的。因此,目前的燃燒模型一般將復雜化學反應簡化為單步、兩步或多步反應。
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