柴油机仿真精确气化和喷射模型的开发



柴油机仿真精确气化和喷射模型的开发

在提高柴油机效率的同时，满足严格的排放法规是一项非常困难的挑战。这促使研究者和发动机制造商不断提高燃油喷射系统效率和改善燃烧过程，以此来降低发动机尾气排放而不降低发动机性能和燃油经济性。柴油燃烧依靠有效液体燃料的雾化，控制蒸发率和空气燃料的混合，从而控制发动机排放水平和制动功率。燃烧过程中，燃料喷射的目的是将液体燃料分散成更小的液滴，增加蒸发燃油的表面积来提供气态燃料进行燃烧。燃油在燃烧室的喷射质量和混合分布决定了燃油燃烧的质量。空气流动、周围介质密度、喷射压力和喷嘴结构等因素决定喷嘴口内的气化程度，影响燃油的雾化率和喷射面积。

事实上，燃油注射和喷射雾化过程是非常复杂的，包括紊流和双相流动的时间。因此，建立喷射模型非常具有挑战性，特别是在靠近喷嘴的附近。真实的喷射雾化模型应该包括在喷油器喷嘴内和喷嘴外的两相流动现象，在喷嘴内部的燃油流动对喷射形成具有很重要的影响。研究显示，喷油嘴内的气化影响喷射特性。

柴油机的燃烧过程本质是通过燃料喷射的动态过程来控制的，对喷射过程的精确建模是建立柴油机中燃烧模型至关重要的部分。介绍了一种新的混合喷射模型，将耦合气化引入到喷射子模型形成KHRT喷射模型。该全新模型在KIVA4 CFD代码中执行。这种新开发的喷射模型在定容燃烧室（CVCC）的非气化和气化喷射的试验数据中得到广泛验证。试验结果对燃料喷射的液体长度、喷射深度和喷射图像进行了分析对比。模型也通过发动机燃烧特性，如缸内压力和放热率来验证。新的喷射模型能很好地捕捉发动机的喷射特性和燃烧特性。

刊名：Energy Conversion and Management（英）

刊期：2014年第77期

作者：Balaji Mohan et al

编译：鲍阚