內(nèi)燃機(jī)工作過程仿真技術(shù)

內(nèi)容概要

　　《國防特色教材·動(dòng)力機(jī)械及工程熱物理：內(nèi)燃機(jī)工作過程仿真技術(shù)》系統(tǒng)介紹了內(nèi)燃機(jī)工作過程的有關(guān)理論和方法，介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)仿真技術(shù)，包括內(nèi)燃機(jī)整機(jī)性能仿真、柴油機(jī)準(zhǔn)維多區(qū)模型及多維燃燒模型；著重介紹了內(nèi)燃機(jī)不同燃燒、排放模型的構(gòu)成和使用方法，同時(shí)介紹了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算方法。為使內(nèi)容充實(shí)、新穎并符合教學(xué)要求，在編寫過程中，吸取了國內(nèi)外有關(guān)教材的有益經(jīng)驗(yàn)，反映了國內(nèi)外近期研究的進(jìn)展，也包括了作者的部分研究工作?！　　秶捞厣滩摹?dòng)力機(jī)械及工程熱物理：內(nèi)燃機(jī)工作過程仿真技術(shù)》可供從事內(nèi)燃機(jī)研究、設(shè)計(jì)、制造方面的工程人員使用，可作為高等院校內(nèi)燃機(jī)專業(yè)研究生、本科生有關(guān)課程的教材或教學(xué)參考書，也可供從事其他熱力發(fā)動(dòng)機(jī)研究、生產(chǎn)的科技人員參考使用。

書籍目錄

第1章內(nèi)燃機(jī)熱力學(xué)描述 1.1概述 1.2內(nèi)燃機(jī)數(shù)值計(jì)算的數(shù)學(xué)模型 1.3內(nèi)燃機(jī)工作過程模擬的基礎(chǔ)理論 1.4廢氣渦輪增壓柴油機(jī)工作過程數(shù)值計(jì)算中熱力系統(tǒng)的劃分 1.5工作介質(zhì)特性計(jì)算 1.5.1半經(jīng)驗(yàn)法工質(zhì)特性參數(shù)計(jì)算 1.5.2化學(xué)平衡時(shí)燃燒產(chǎn)物特性參數(shù)計(jì)算 第2章內(nèi)燃機(jī)整機(jī)性能仿真 2.1氣缸內(nèi)熱力過程計(jì)算 2.1.1氣缸內(nèi)熱力過程的基本微分方程 2.1.2氣缸工作容積 2.1.3氣缸周壁的傳熱 2.1.4燃燒放熱率計(jì)算 2.1.5進(jìn)、排氣流量計(jì)算 2.1.6氣缸內(nèi)各階段的熱力過程分析 2.1.7發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)計(jì)算 2.2進(jìn)、排氣系統(tǒng)熱力過程計(jì)算 2.2.1排氣管內(nèi)的熱力過程計(jì)算（容積法） 2.2.2排氣系統(tǒng)中的散熱 2.2.3排氣溫度計(jì)算 2.2.4進(jìn)氣系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 2.2.5中冷器計(jì)算 2.3廢氣渦輪增壓器計(jì)算 2.3.1渦輪增壓器中的能量傳遞 2.3.2壓氣機(jī)特性參數(shù)計(jì)算 2.3.3渦輪特性計(jì)算 2.3.4廢氣渦輪增壓柴油機(jī)工作過程計(jì)算框圖 2.4增壓發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行特性的計(jì)算及其分析 2.4.1發(fā)動(dòng)機(jī)的通流特性 2.4.2機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的配合計(jì)算 2.4.3一級渦輪增壓設(shè)計(jì)點(diǎn)的匹配計(jì)算 2.4.4一級渦輪增壓變工況運(yùn)行特性計(jì)算 2.4.5二級渦輪增壓系統(tǒng)計(jì)算 2.5內(nèi)燃機(jī)工作過程的有效能分析 第3章柴油機(jī)準(zhǔn)維燃燒模型 3.1油滴蒸發(fā)燃燒模型（廣安博之模型） 3.1.1油滴蒸發(fā)燃燒模型分區(qū)方法 3.1.2油滴蒸發(fā)燃燒模型的組成 3.1.3噴霧混合子模型 3.1.4蒸發(fā)子模型 3.1.5著火延遲子模型 3.1.6放熱計(jì)算子模型 3.1.7傳熱計(jì)算子模型 3.1.8熱力過程子模型 3.1.9單元?dú)怏w成分計(jì)算子模型 3.1.10一氧化氮計(jì)算子模型 3.1.11碳煙排放計(jì)算子模型 3.2.12油滴蒸發(fā)燃燒模型（廣安博之模型）計(jì)算框圖 3.2氣相噴注燃燒模型（Cummins模型） 3.2.1氣相噴注模型燃燒小區(qū)劃分 3.2.2氣相湍流噴注計(jì)算 3.2.3噴注內(nèi)的濃度分布 3.2.4氣相噴注模型各小區(qū)質(zhì)量、平均當(dāng)量燃油空氣比、空氣混合速率 3.2.5各區(qū)的狀態(tài)方程及能量守恒方程 3.2.6氣相噴注燃燒模型計(jì)算框圖 第4章內(nèi)燃機(jī)多維燃燒模型 4.1基本控制方程和狀態(tài)方程 4.1.1組分m的連續(xù)方程 4.1.2流體混合物的動(dòng)量守恒方程 4.1.3流體混合物的能量守恒方程 4.1.4流體混合物的狀態(tài)關(guān)系方程 4.1.5化學(xué)成分守恒方程 4.2湍流模型 4.2.1缸內(nèi)氣體流動(dòng)的演變過程 4.2.2內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)湍流流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型 4.3燃油噴霧模型 4.3.1內(nèi)燃機(jī)噴霧模型分類 4.3.2燃油噴霧模型 4.4湍流燃燒模型 4.5燃燒化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型 4.6排放模型 4.6.1三類排放模型 4.6.2反應(yīng)式及計(jì)算式 4.7內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)傳熱模型 4.8初始條件和邊界條件 4.8.1初始條件 4.8.2邊界條件 第5章內(nèi)燃機(jī)燃燒模擬數(shù)值計(jì)算方法 5.1氣相流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算方法 5.1.1空間上的差分 5.1.2時(shí)間上的差分 5.2液相流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算方法 5.2.1噴霧方程的數(shù)值計(jì)算 5.2.2氣相控制方程中噴霧源項(xiàng)的數(shù)值計(jì)算 5.3化學(xué)反應(yīng)的數(shù)值計(jì)算方法 5.4穩(wěn)定性條件 5.5內(nèi)燃機(jī)多維數(shù)值模擬計(jì)算流程 附錄A各種成分的基本物性參數(shù) 附錄BHB模型氮化學(xué)反應(yīng)及參數(shù)表 附錄C燃料燃燒過程中硫氧化物生成詳細(xì)機(jī)理 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   完全依靠計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)的做法都是不可取的，既不可忽視現(xiàn)代計(jì)算分析方法的作用及其在設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究中的指導(dǎo)意義，也不可將工作過程模擬計(jì)算的作用夸大到不適當(dāng)?shù)某潭?。只有將模擬和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)合起來，才是唯一正確的研究方法。 由于內(nèi)燃機(jī)燃燒過程的極端重要性，因此內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)工作過程的數(shù)值模擬是以發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模型的研究進(jìn)展為標(biāo)志的。燃燒模型，主要是指描述內(nèi)燃機(jī)工作過程中缸內(nèi)流動(dòng)工質(zhì)、傳熱和流體力學(xué)與熱力學(xué)行為的一組物理和化學(xué)的數(shù)學(xué)方程式。它從內(nèi)燃機(jī)有關(guān)工作過程的物理化學(xué)模型出發(fā)，用微分方程對有關(guān)工作過程進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，然后用數(shù)值計(jì)算方法求解，求得各參數(shù)隨時(shí)空的變化規(guī)律，進(jìn)而可以了解有關(guān)參數(shù)對內(nèi)燃機(jī)性能的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程非常復(fù)雜，它發(fā)生在一個(gè)隨時(shí)間不斷變化的湍流場中，參與反應(yīng)的成分有幾百種。為此，從工程實(shí)際出發(fā)，燃燒模擬常在簡化的基礎(chǔ)上講行。 1.2 內(nèi)燃機(jī)數(shù)值計(jì)算的數(shù)學(xué)模型 按內(nèi)燃機(jī)燃燒過程模擬研究的時(shí)間順序和發(fā)展層次，其大體上經(jīng)歷了單純?nèi)紵艧崧视?jì)算、零維燃燒模型（Zero-dimensional Combustion Model）、準(zhǔn)維燃燒模型（Quasi-dimensional Combustion Model）和多維燃燒模型（Multi-dimensional Combustion Model）四個(gè)發(fā)展階段。 1.單純?nèi)紵艧崧视?jì)算 燃燒放熱率的計(jì)算，是指由實(shí)測的缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)，根據(jù)能量守恒方程和經(jīng)驗(yàn)傳熱公式，推算燃油燃燒的放熱過程，用以分析內(nèi)燃機(jī)的燃燒。這種方法比較簡便、直觀，對診斷燃燒有一定的作用，迄今在性能研究中仍受到重視。 2.零維燃燒模型 零維模型又稱單區(qū)模型（Single-Zone Model）。它是通過對大量實(shí)際燃燒放熱過程的統(tǒng)計(jì)分析，找出規(guī)律性，用經(jīng)驗(yàn)公式或曲線擬合的方法，建立起一種表達(dá)燃燒放熱過程參數(shù)間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，將復(fù)雜的燃燒過程簡化表達(dá)成幾個(gè)特征參數(shù)間的關(guān)系。 零維模型是在燃燒模擬研究的早期發(fā)展起來的，其對缸內(nèi)過程采用了均勻性假設(shè)：系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)的熱力狀態(tài)相同、化學(xué)成分相同，即系統(tǒng)內(nèi)各參數(shù)不隨空間坐標(biāo)而變化，只隨時(shí)間τ（或曲軸轉(zhuǎn)角φ）而變化，故稱為“零維系統(tǒng)”。由于把每一瞬態(tài)看成是均勻的，抽去了燃燒物理-化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜中間過程，僅把其看成是按一定規(guī)律向系統(tǒng)加入熱量的過程，所以零維模型雖然能夠預(yù)估燃燒過程中的主要性能參數(shù)，但是無法從機(jī)理上去把握燃燒中物理-化學(xué)反應(yīng)過程的本質(zhì)和規(guī)律件。

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