柴油機(jī)燃油噴霧形成過程的建模

為減少汽車使用對環(huán)境產(chǎn)生的影響，導(dǎo)致與柴油機(jī)排放相關(guān)的法規(guī)變得越來越嚴(yán)格。改善柴油機(jī)燃燒效率能夠顯著降低排放，而對柴油機(jī)效率改善方法的研究，通常結(jié)合試驗分析和計算流體動力學(xué)（CFD）工具同時進(jìn)行。其中，利用CFD工具能顯著縮短柴油機(jī)的開發(fā)周期，減少開發(fā)成本。為保證CFD工具的可靠性，對CFD中應(yīng)用的每一個數(shù)學(xué)模型都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行驗證。但是受基礎(chǔ)理論的限制，對柴油機(jī)燃油噴霧形成過程進(jìn)行建模時，常采用Euler Lagrangian離散液滴方法。該方法在對噴油器附近燃油噴霧密度較高的區(qū)域進(jìn)行建模時，不能反映燃油噴霧真實(shí)的形成過程。因而，需要開發(fā)出更能反映燃油噴霧真實(shí)形成情況的CFD模型。

在開發(fā)新CFD模型過程中，采用Euler Eulerian方法模擬燃油噴霧的形成過程。該方法將整個形成過程分為液態(tài)燃油噴霧形成過程和氣態(tài)燃油噴霧形成過程，并將液態(tài)燃油液滴的直徑劃分為5、20、40、125μm。對按液滴直徑分類后的液態(tài)燃油噴霧分別進(jìn)行一次霧化和二次霧化仿真，該過程涉及到液滴破碎模型、液滴蒸發(fā)模型和液滴碰撞模型，最終確定液態(tài)燃油噴霧模型?；谕牧髂Ｐ?，將最終確定的液態(tài)燃油噴霧模型與之前確定的氣態(tài)燃油噴霧模型混合，形成燃油噴霧。目前，采用Euler Eulerian方法建立的燃油噴霧形成過程模型已經(jīng)集成到奧地利李斯特（AVL）公司開發(fā)的商業(yè)化CFD軟件AVL Fire中，利用現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)對所建立的模型進(jìn)行評價。評價發(fā)現(xiàn)，基于液態(tài)燃油噴霧模型仿真得到的缸內(nèi)平均有效壓力、缸內(nèi)溫度和熱釋放率與試驗結(jié)果具有良好的一致性。

Zvonimir Petranovic et al. SAE 2017-01-0547.

編譯：王淼