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发动机进行计算机仿真技术的背景与意义
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在计算机技术应用于发动机性能研究以前，为了从定性上了解分析发动机性能，并对发动机进行一定程度上的定量估算，必须对发动机的实际工作情况做出一些简化与假设，这种简单的热力学的计算虽然能够得到比较直观、可靠且可作定性分析的数据，但却非常粗略。随着科技水平的进步，发动机性能的不断完善和提高，产品更新周期越来越短，如果仍然采用热力计算来进行发动机的设计工作，将远远达不到现代高性能发动机的研制工作需要[1]。33104
20世纪60年代以后，随着电子计算机技术的发展和内燃机数值模拟技术的不断完善，新的数值模拟方面的理论不断被提出，很大程度上促进了设计手段的更新和设计观念的变革[2]，内燃机数学模型包括负荷特性、内燃机速度特性、内燃机万有特性和过度过程的仿真模型[3]。论文网
仿真是对真实的物理系统在保证不失其物理特性的条件下，所作的一种适当的简化与高度的概括[4]。计算机仿真是在计算机上通过合适的模型去模拟实际存在或者正在被设计的实际系统，以再现或者分析真实系统的本质特性，其过程概括起来就是一个建立模型、运行模型和分析模型的过程[5]。计算机仿真于20世纪40年代被使用在航空、航天等领域，且在很短的时间内向其他领域和学科延伸，目前已普遍使用在科学研究、以及社会发展的许多方面。随着现代科技的发展，计算机仿真技术一定会在工程上发挥越来越重要的作用。
进入21世纪，能源危机问题越来越突出，可再生能源的日益枯竭以及各国政府对环保法规的日益严格对发动机的综合性能方面提出了更加苛刻的要求，世界各国对发动机的燃烧过程、节能减排的研究都十分重视。所以对于发动机的燃烧过程研究与发动机初期开发来讲，内燃机的热力学过程模拟计算是非常有意义的[2]。
采用计算机仿真技术主要有以下几个方面的优点，节省试验时间和费用，能够在可重复及可编程的环境下对电控系统进行测试，而且还可以为电控系统模拟各种特殊和危险的实际测试环境并可以对电控系统的各个开发阶段进行测试，测试的最终结果易于存储和分析[6]。
国内外研究状况
发动机工作过程的模拟从十九世纪末开始，英国人D.Clerk首次用气体标准循环分析的方法各种发动机的热效率进行了比较。后来，德国人R.Disel提出了许多具有不同燃烧方式的发动机循环模型[7]。人们对发动机工作过程的数值模拟技术进行了大量的研究，文献[8—9]就对柴油机的燃烧过程和气流运动进行了数值模拟的研究，并且取得了理想的效果。内燃机工作过程数学模型的研究发展迅速，先后经历了零文模型、一文模型、三文模型三个阶段。下面进行逐一介绍。
（1） 发动机零文模型
零文燃烧模型又被称作单区模型（Single-Zone Model）。人们通过对大量的燃烧放热过程进行数理统计分析，然后找出它们的规律性，并用曲线拟合或者经验公式的方法，建立起来了一种描述发动机燃烧放热过程缸内参数之间关系的经验公式，将及其复杂的燃烧过程简化为了几个特征参数之间的关系[10]。零文模型的优点是它的常微分方程的数值求解比较容易，所以采用零文模型对发动机进行性能模拟计算是十分方便的，而它的缺点是对发动机排放物的形成无法研究，此外经验系数的选取对于零文模型的影响很大，所以经验系数的选取直接决定了零文模型的准确性[11]。
（2） 发动机一文模型
实际发动机管内气体的流动是非常复杂的过程，具有明显的三文流动特征。为了在内燃机管内气流数值模拟计算上的方便，在推导管内气体流动的基本微分方程时可以假设：由于管轴向几何尺寸比径向几何尺寸要大很多，可以认为管内气体的流动是一文的，对于每一个流体参量均可以认为是在相应的管截面上的平均值。因为管道内流动参量随时间的变化是非常激烈的，所以可认为管内气体流动是非定常的[12]。
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