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文檔簡介
1、高精度高效率的實(shí)用燃油多組分蒸發(fā)模型對模擬實(shí)用燃油在缸內(nèi)直噴內(nèi)燃機(jī)中的噴霧、蒸發(fā)乃至燃燒過程至關(guān)重要。本文基于實(shí)用燃油多組分的特征、直噴內(nèi)燃機(jī)的工作環(huán)境、以及液滴蒸發(fā)過程中傳熱傳質(zhì)特點(diǎn),建立高精度高效率的蒸發(fā)模型,利用單液滴蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的可靠性。以實(shí)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算。根據(jù)不同環(huán)境條件,選取合適的經(jīng)驗(yàn)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(shí)用燃油)的物性參數(shù),包括燃油密度、表面張力、粘度、擴(kuò)散系數(shù)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和飽和蒸汽壓等。通過對比計(jì)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(zhì)更接近實(shí)用燃油的平均性質(zhì)。
(2)考慮氣相多組分?jǐn)U散系數(shù)的差異,修正Stefan流速度,嚴(yán)格保證氣相質(zhì)量守恒,并考慮氣相中的多組分焓擴(kuò)散量,建立離散多組分?jǐn)U散蒸發(fā)模型。通過與大量單液滴蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比,驗(yàn)證了模型的可
3、靠性。利用該模型分析氣相多組分?jǐn)U散對燃油液滴蒸發(fā)的影響,并結(jié)合內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)工作環(huán)境,深入研究不同環(huán)境氣體成分,如氮?dú)?、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(shí)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?;陔x散多組分?jǐn)U散蒸發(fā)模型,修正Stefan流速度的連續(xù)表達(dá)式,建立混合多組分?jǐn)U散蒸發(fā)模型。然后,參考實(shí)用燃油單液滴蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)
4、數(shù)據(jù),驗(yàn)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(jì)算特點(diǎn)。研究結(jié)果表明HMC模型同時(shí)具有DMC模型計(jì)算精度較高和CMC模型計(jì)算成本較低的優(yōu)點(diǎn),并且能夠準(zhǔn)確地描述每種烴類的蒸發(fā)特點(diǎn)。
(4)考慮內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)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?jǐn)U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(jì)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(shí)際氣體行為和氣液相平衡。綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算效率,提出并定義忽略輻射熱量的粒徑判斷準(zhǔn)則和采用理想氣體模型的壓力判斷準(zhǔn)則,從而根據(jù)環(huán)境條件和液滴粒徑大小,擇優(yōu)選擇計(jì)算模型,提高模型的計(jì)算精度和計(jì)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(shí)用柴油在定容裝置中噴霧的發(fā)展過程。研究結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。當(dāng)噴油量較多時(shí),單組分與多組分蒸發(fā)模型預(yù)測結(jié)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(shí)現(xiàn)了實(shí)用燃油在內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)條件下噴霧發(fā)展的準(zhǔn)確模擬。
(6)基于液滴蒸發(fā)過程中液相的傳熱傳質(zhì)特點(diǎn),本文在高溫高壓多組分蒸發(fā)模型的基礎(chǔ)上,提出并構(gòu)建準(zhǔn)維多組分蒸發(fā)模型,即采用二次多項(xiàng)式描述液滴內(nèi)部溫度和組分濃度的分布。研究結(jié)果表明,準(zhǔn)維多組分蒸發(fā)模型預(yù)測的實(shí)用燃油
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