柴油機(jī)模型的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證

柴油機(jī)模型的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證

隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算性能的提高，在柴油機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中或在確定柴油機(jī)最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)時(shí)，運(yùn)用仿真的方法開(kāi)始變得越來(lái)越流行。為了滿足排放法規(guī)要求，將各種先進(jìn)的燃燒優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用在柴油機(jī)上，使現(xiàn)代柴油機(jī)已經(jīng)成為了一種具有多自由度的復(fù)雜系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的組合急劇增加，所需的計(jì)算量也在急劇增加。因而，需要開(kāi)發(fā)出適宜的柴油機(jī)燃燒模型和排放模型，以盡可能地在有限的計(jì)算能力下提高仿真精度。

開(kāi)發(fā)燃燒模型和排放模型的關(guān)鍵是對(duì)點(diǎn)火延遲過(guò)程中燃油噴霧形成過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程（點(diǎn)火過(guò)程）進(jìn)行模擬。模擬時(shí)，需要能夠體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)不同參數(shù)下的運(yùn)行條件。相關(guān)參數(shù)包括柴油機(jī)負(fù)荷、渦輪增壓壓力、噴射開(kāi)始時(shí)間、噴油嘴直徑、噴射壓力、廢氣再循環(huán)率、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣門(mén)正時(shí)、環(huán)境溫度和燃油溫度。建模時(shí)，首先利用拉格朗日跟蹤方法捕捉燃油液滴噴射軌跡、液滴噴霧模式和噴霧相位，利用捕捉出的信息借助計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真確定出燃油噴霧的形成過(guò)程；然后利用一個(gè)簡(jiǎn)單的3-Arrhenius方法對(duì)燃油噴霧點(diǎn)火時(shí)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行建模，該過(guò)程應(yīng)考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的變化；最后利用CFD仿真，使用條件矩封閉（CMC）燃燒模型并基于之前建立的燃油噴霧化學(xué)反應(yīng)過(guò)程模型進(jìn)行處理，仿真柴油機(jī)的缸內(nèi)燃燒過(guò)程，進(jìn)而確定出柴油機(jī)排放。在一個(gè)中速柴油機(jī)上對(duì)所建立的模型進(jìn)行校準(zhǔn)，并在多種柴油機(jī)運(yùn)行條件下進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果顯示，所建立的模型確定出的點(diǎn)火延遲具有較高的精度，該模型能夠用于實(shí)時(shí)計(jì)算過(guò)程中。

Christophe Barro et al.SAE 2017-01-0812.

編譯：王淼