内燃机燃烧过程数值模拟的研究现状

内燃机工作过程的模拟经过了漫长时间的发展，已经由最初的空气标准循环分析法到“内燃机循环模型”[3]的提出，经由计算机技术的发展推动，计算模型的建立和发展。计算机的普及后，通过数值模拟，几何形状和机构参数的改变对燃烧过程的影响，也可以由可视化数值，动态变换等方法得到，提供了内燃机的改善，发展，设计所需的必要了解。84398

20世纪60年代以后，内燃机的燃烧过程的分析和计算模型的建立研究飞速发展。简单来说，燃烧过程的模拟计算经历了四个时段：简单燃烧发热率计算、零维燃烧模型、准维燃烧模型以及多维燃烧模型[4-6]。

A。单纯燃烧放热率计算：根据示功图（真实的压力数据），估计实际燃烧放热率。无数学模型，仅用经验能量守恒方程和传热方程研究放热过程。它是后来两种模型建立的基础，直到目前，这种方法任是某些情况下诊断燃烧，用于燃烧过程计算。论文网

B。零维燃烧模型。这是一种理想模型（假设系统内温度、浓度和压力等参数均匀分步，缸内混合气为热力学平衡状态，工质分布均匀，相同的热力学及热物性参数），保证能量平衡、质量平衡，曲轴转角（时间）为唯一变量。零维燃烧模型应用广泛，但零维模型假设每一曲轴转角热力学平衡，将燃烧过程中复杂的化学及物理反应变化过程用简单的数学关系替代，无法得到燃烧过程的本质规律。抽象而宏观的描述排除了空间位置对内燃机燃烧过程的影响，尤其是排放性能。同时，计算的吻合率和经验参数的设定息息相关。

C。准维燃烧模型，又称分区模型。按照燃料分布的浓度线或火焰前锋位置将燃烧室分为若干区域，在不同区域内在零维燃烧模型的基础上，以曲轴转角为唯一自变量建立常微分控制方程。为体现空间的不均匀性，在各区域内有各自的分布参数。根据所分区域的数量多少，准维燃烧模型分为双区模型和多区模型。各区域喷雾的物理化学准备过程不同，导致了可燃气混合速率和程度不同，柴油机的燃烧过程也就各有不同。差异化的温度、浓度及压力分布使各区域内产生不同的燃烧产物。建立各区域的子模型，经由质量守恒、能量守恒约束子模型间的联系。

此两种模型都以曲轴转角为唯一自变量计算简易，但对几何参数变化、缸内油气混合、缸内湍流流动特性等实际的复杂的燃烧过程不能精准描述。

D。多维燃烧模型。通过建立多变量偏微分方程组（能量守恒方程、燃烧化学反应前后组分守恒方程、动量守恒方程、质量守恒方程等），确定边界条件，再进行数值计算，由此描述缸内传热、工质湍流流动、油膜雾化混合、气态产物与微粒的排放等实际情况。为简化如此复杂的系统，采用近似计算的方法。近似处理的方法包括：近似处理数值和计算程序、近似处理坐标、近似处理对流体运动的描述（网格尺度模型）、近似处理维数等。此外非定常多维燃烧时此偏微分方程的求解仍很困难，所以需添加一些燃烧过程辅助模型和现象子模型（非均质的点火模型、火焰传播模型、两相流喷注混合模型）以补充一些细节。