柴油噴霧火焰低溫燃燒大渦模擬研究

王利民 ，韓義勇 ，劉宗寬，趙萬輝，周 磊，衛(wèi)海橋

(1. 天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室，天津 300072；2. 玉柴股份有限公司，玉林 537005)

在柴油機中，噴霧燃燒過程是一個非常復(fù)雜的過程，燃油以較高噴射壓力從噴孔噴出，并經(jīng)歷蒸發(fā)、破碎、混合、燃燒等物理化學(xué)過程，噴霧燃燒中的油氣混合決定著發(fā)動機的燃燒和排放水平[1]．為了組織和優(yōu)化清潔高效燃燒方式，需要對噴霧燃燒過程開展進一步研究．一方面，在高噴油壓力下，油束以較高的速度進入高溫、高壓、高密度環(huán)境中，燃油經(jīng)快速蒸發(fā)、混合過程后在燃燒室內(nèi)形成由大量燃油液滴、油蒸汽和新鮮空氣組成的兩相混合物，可燃混合氣快速燃燒，又會涉及非常復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，化學(xué)反應(yīng)數(shù)可以高達成百上千種，進一步增加了對燃燒過程研究的復(fù)雜性；另一方面，高速運動的燃油噴霧具有強烈的湍流脈動，這將進一步影響噴霧火焰中的燃燒過程和污染物形成過程[2-4]．由于噴霧火焰中存在非常復(fù)雜的湍流燃燒相互作用過程，目前國際上對噴霧湍流燃燒過程的研究仍然面臨挑戰(zhàn)．與此同時，在實際發(fā)動機工作循環(huán)中，高速噴射的燃油與空氣的混合、可燃氣體的燃燒還要受到循環(huán)變動的影響[5]．油束形態(tài)的變動、缸內(nèi)熱力學(xué)狀態(tài)的差異以及氣流運動的變化，可以產(chǎn)生燃燒室內(nèi)不均勻的混合氣，從而造成混合氣著火過程產(chǎn)生異動，嚴重時還會影響有害污染物的排放．由于基于試驗方法獲得的數(shù)據(jù)會受到試驗裝置的影響，收集的數(shù)據(jù)種類十分有限，難以進一步分析討論噴霧燃燒過程中包含的復(fù)雜物理化學(xué)過程．而采用數(shù)值模擬方法獲得的數(shù)據(jù)更加系統(tǒng)、全面，能夠?qū)婌F燃燒過程中復(fù)雜的物理和化學(xué)過程做出深入研究．

大渦模擬(large eddy simulation，LES)方法近年來得到了國際科研工作者的廣泛關(guān)注，因為 LES能夠?qū)Ψ欠€(wěn)態(tài)、高度分層的湍流運動做出更加準確的預(yù)測，并且可以獲得 RANS中無法得到的非周期現(xiàn)象與瞬態(tài)火焰結(jié)構(gòu)，因此，大渦模擬方法是目前工程上應(yīng)用前景最高的模擬手段[6]．目前 LES方法已經(jīng)成功用于模擬類似柴油機工況的高溫、高壓條件下的噴霧燃燒過程的模擬當中[7-8]．由于噴霧燃燒過程涉及復(fù)雜的理化過程，當耦合復(fù)雜化學(xué)機理時，進一步增加了模擬工作的難度．為了能夠?qū)δM噴霧燃燒過程做出更加準確的估計，LES方法需要耦合亞網(wǎng)格模型．線性渦模型與大渦模擬耦合(簡稱 LES-LEM)不需要調(diào)整模型參數(shù)，同時還可以模擬微小尺度上的湍流混合過程[9]，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于模擬預(yù)混燃燒[10]、非預(yù)混燃燒[11]、污染物生成[12]以及噴霧燃燒[13]等方面．LES-LEM 方法可以精確捕捉小尺度范圍內(nèi)的混合、擴散和燃燒過程．LES-LEM 模型已經(jīng)成功應(yīng)用在航空發(fā)動機燃燒室的設(shè)計和優(yōu)化中，目前仍然缺乏基于 LES-LEM 方法開展發(fā)動機工況下的噴霧燃燒過程的模擬研究，因此，本文采用 LES-LEM 方法開展柴油機高壓工況下不同初始溫度對噴霧燃燒過程影響的大渦模擬研究，首先分析了低溫燃燒過程的總體燃燒特征，其次研究了低溫燃燒過程關(guān)鍵組分的變化趨勢及低溫燃燒特征．

1 大渦模擬方法簡介

1.1 控制方程

本文采用的LES-LEM模型是基于KIVALES發(fā)展而來，基本控制方程包括連續(xù)性方程、動量守恒方程、能量守恒方程以及組分方程．

在本文使用的 LES-LEM 方法中，組分方程可以表示為

式中：ρ、u和 Ym分別表示密度、速度、組分 m的質(zhì)量分數(shù)；和分別表示化學(xué)反應(yīng)和噴霧源項；代表LES方程中直接求解的過濾之后的速度；uj′為亞網(wǎng)格可解的速度脈動；uj′′代表不能求解的速度脈動．

在LES-LEM中，式(1)又可以分解為uj為瞬時速度，可以分解為

在 LES-LEM 模型中，在一維區(qū)域上分別求解亞網(wǎng)格混合、分子擴散和化學(xué)反應(yīng)過程實現(xiàn)方程封閉．亞網(wǎng)格反應(yīng)-擴散方程可以表示為

此方程基于擴散時間尺度進行求解．擴散時間尺度Δtdiff可以表示為

式中：Δs代表 LEM 網(wǎng)格尺寸；Cdiff是擴散系數(shù)．LEM 網(wǎng)格尺度上的湍流攪拌Fm,stir根據(jù)三連映射(triplet map)求解得到．這一過程包含兩個重要參數(shù)，分別是攪拌頻率和渦尺度l．其中，渦尺度是以下概率密度函數(shù)中的隨機值，即

式中η代表最小的湍流尺度．

攪拌頻率的方程求解式為

亞網(wǎng)格雷諾數(shù)可以表示為Resgs=u/ν．攪拌過程的時間步長表示為

1.2 參數(shù)設(shè)置

本文是根據(jù)發(fā)動機燃燒網(wǎng)絡(luò)(Engine Combustion Network，ECN)進行的正十二烷噴霧火焰試驗開展的．ECN是根據(jù)國際上眾多知名高校以及實驗室聯(lián)合建立的試驗數(shù)據(jù)標準平臺．該網(wǎng)站上提供了柴油機工況下寬工況范圍內(nèi)正十二烷噴霧火焰試驗數(shù)據(jù)，目的是研究噴霧火焰中復(fù)雜的噴霧、蒸發(fā)、混合、燃燒過程，并開發(fā)高效、高精度的數(shù)值模擬方法．

試驗是在定容燃燒彈上進行的，上面開有光學(xué)視窗，呈立方體結(jié)構(gòu)，特征尺寸為 108mm，壁面上的光學(xué)窗口方便拍攝定容彈內(nèi)噴霧發(fā)展和燃燒過程．該裝置能夠承受非常高的溫度和壓力，初始氣體溫度、氧氣濃度、環(huán)境密度均可變，初始環(huán)境氣體溫度可以達到1300K，環(huán)境氣體的密度能夠達到60kg/m3．本次模擬工作的計算域為直徑 30mm、高 100mm 的圓柱．

表 1和表 2分別顯示了噴霧模型中相關(guān)參數(shù)的選擇以及初始模擬工況的設(shè)置．本文的目的是探究初始溫度對噴霧燃燒過程的影響，因而算例中的氧氣濃度相同，其他參數(shù)與試驗工況保持一致．本文中噴霧液滴的運動采用離散液滴模型(DDM)[14]進行求解，KH-RT模型[15]處理噴霧的破碎過程，液滴碰撞過程的模擬采用 O’Rourke模型[16]．時間步長范圍是10-8～10-6s．邊界條件設(shè)置為無滑移邊界條件．

本文化學(xué)反應(yīng)機理采用包含 54種組分、269步化學(xué)反應(yīng)的機理[17]，Chishty等[18]對比了不同化學(xué)反應(yīng)機理的影響，發(fā)現(xiàn) Yao等[17]的機理具有較高的可靠性，在寬工況范圍內(nèi)，均可以比較準確地捕捉著火過程．

表1 噴霧模型參數(shù)Tab.1 Spray modeling parameters

表2 試驗參數(shù)設(shè)置Tab.2 Experimental conditions

1.3 模型驗證

在之前的研究[13]中，筆者研究了高溫、高壓條件下正庚烷在環(huán)境中的噴霧發(fā)展過程，對比了不同網(wǎng)格尺度下，正庚烷的噴霧貫穿距發(fā)展情況，包括基礎(chǔ)網(wǎng)格(約 80×104單元數(shù))、更精細的網(wǎng)格以及比基礎(chǔ)網(wǎng)格稍粗的網(wǎng)格．研究表明使用當前網(wǎng)格能夠比較準確地模擬正庚烷噴霧發(fā)展過程，而采用更精細的網(wǎng)格計算量明顯增加，尤其是在燃燒條件下，耦合復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)機理以后，計算量迅速增長．在本文中，采用約80×104的網(wǎng)格求解正十二烷噴霧發(fā)展過程和燃燒過程．由于正十二烷的物性與正庚烷存在差別，因此，本文首先對采用當前基礎(chǔ)網(wǎng)格的模擬結(jié)果進行驗證．

圖1顯示的是無氧條件下，正十二烷氣相噴霧貫穿距模擬與試驗結(jié)果對比．噴霧貫穿距定義為燃油氣相體積分數(shù)達到 0.1%處到達噴口的最遠距離．圖1中的試驗值來自于ECN．從圖1中可以看出，當前網(wǎng)格下，模擬得到的氣相噴霧貫穿距與試驗值非常貼近．當前網(wǎng)格滿足求解要求．圖2中進一步給出了不同位置燃油混合物分數(shù)模擬與試驗結(jié)果對比．從圖中可以看出，盡管在軸向 z＝2cm 位置處，LES-LEM模型對噴霧中心位置估計過高，其他位置的模擬結(jié)果與試驗值符合程度非常高．測量值存在一定誤差，且在一定范圍內(nèi)波動．在噴霧中心區(qū)域模擬結(jié)果落在試驗測量值波動范圍內(nèi)，進一步說明在當前網(wǎng)格下，LES-LEM 模型能夠比較準確地捕捉正十二烷在高溫、高壓、無氧條件下的噴霧發(fā)展過程．

圖1 氣相噴霧貫穿距模擬與試驗結(jié)果對比Fig.1 Comparisons between the simulation and experimental results of vapour penetration lengths

2 結(jié)果分析與討論

2.1 總體燃燒特征

著火延遲期(ignition delay，ID)和火焰浮升長度(flame lift-off length，flame LOL)是噴霧火焰中非常關(guān)鍵的兩個燃燒特征．因為著火延遲期會決定燃燒相位，而火焰浮升長度會影響卷吸進來的空氣量，進而影響污染物的形成[19]．圖 3對比分析了模擬中與試驗中的著火延遲期、火焰浮升長度結(jié)果．計算域內(nèi)最高溫度達到著火溫度(Tign)所對應(yīng)的時刻代表著火延遲期．著火溫度定義為 Tign＝1/2(Tamb+Tmax)，Tamb與 Tmax分別代表環(huán)境氣體的初始溫度以及準穩(wěn)態(tài)條件下計算域內(nèi)噴霧火焰中的最高溫度．火焰浮升長度表示為噴霧火焰上游位置溫度達到著火溫度 Tign的點到達噴孔處的最小距離．模擬工況對應(yīng)表 2．從圖 3中可以看出，在低溫(800K)條件下，采用 LESLEM 方法得到的著火延遲期與試驗值非常接近，而火焰浮升長度結(jié)果比試驗值稍高．而在高溫(900K)條件下，LES-LEM 模型則表現(xiàn)為對著火延遲期和火焰浮升長度預(yù)測偏短，總體而言，本文模擬中求解的著火延遲期和火焰浮升長度與試驗值比較接近．對低溫條件下著火過程的準確預(yù)測是目前國際上公認的難點問題．因為低溫條件下，高溫火焰出現(xiàn)前化學(xué)反應(yīng)時間尺度延長，燃料與氧化劑有更加充足的時間進行混合，需要更加重視湍流與化學(xué)反應(yīng)間相互作用．為此，國際上大批的數(shù)值模擬工作者都在致力于開發(fā)先進的、能夠考慮湍流與化學(xué)反應(yīng)間相互作用的高精度數(shù)值模型．然而，對于低初始環(huán)境溫度條件下的著火過程的預(yù)測結(jié)果仍然偏高[20]．另一方面，模擬過程中采用的化學(xué)反應(yīng)機理對模擬結(jié)果也存在較大影響．要想更加準確地預(yù)測噴霧火焰著火過程，需要采用更加復(fù)雜的機理．這樣做的結(jié)果是計算量明顯增加，甚至達到難以承受的水平．

圖 4顯示的是不同初始環(huán)境溫度條件下火焰浮升長度隨時間的變化．從圖中可以看出，噴油結(jié)束以前(1.5ms之前)，不論是在高溫還是在低溫條件下，正十二烷噴霧火焰均達到了準穩(wěn)定狀態(tài)，即火焰浮升長度在一定時間段內(nèi)幾乎保持不變．在800K初始溫度條件下，正十二烷噴霧火焰在 2.1ms之前仍能夠保持穩(wěn)定．噴油結(jié)束后，空氣從噴霧四周向內(nèi)部卷吸，油束與空氣的接觸面更大，在 2.1ms之后由于整體燃油的快速消耗，噴霧尾端的燃油也參與進高溫反應(yīng)中，火焰浮升長度迅速縮短．在 900K初始環(huán)境溫度條件下，噴油結(jié)束后約 0.2ms內(nèi)，油束尾端也開始出現(xiàn)高溫化學(xué)反應(yīng)，火焰浮升長度快速縮短．這種現(xiàn)象被稱為燃燒衰退現(xiàn)象．這種現(xiàn)象通常出現(xiàn)在高溫環(huán)境中，混合氣活性在高溫環(huán)境下明顯增強，著火延遲期明顯縮短．噴油結(jié)束后，由于缺少溫度較低的燃油的持續(xù)冷卻作用，噴孔附近的混合氣活性增強，并被快速消耗掉．

圖4 火焰浮升長度隨時間的變化Fig.4 Temporal evolution of flame lift-off length(LOL)

2.2 低溫燃燒中關(guān)鍵組分變化趨勢

為深入分析正十二烷噴霧火焰中的低溫燃燒現(xiàn)象，圖5給出了當量比為1的均質(zhì)條件下溫度、主要組分(CH2O，CO2，OC12H23OOH)歸一化摩爾分數(shù)、溫度隨時間變化率的分布．初始溫度、壓力的設(shè)置與表2相同．圖中，1τ、2τ和τID分別表示第1階段著火延遲期、第2階段著火延遲期和總的著火延遲期(ID)．

從圖5中可以看出，正十二烷存在明顯的兩階段著火過程．正十二烷低溫反應(yīng)路徑如下：首先 C12H26脫去一個H形成R基；R基與氧氣發(fā)生第1次加氧反應(yīng)，形成 RO2；RO2非常不穩(wěn)定，迅速發(fā)生異構(gòu)形成 QOOH；QOOH再次與氧氣結(jié)合，形成 O2QOOH；O2QOOH 脫去 OH 基形成酮類過氧化物OC12H23OOH，酮類過氧化物繼續(xù)分解，即形成低溫反應(yīng)路徑[21]．研究表明，在低溫反應(yīng)階段，酮類過氧化物的產(chǎn)生和消耗決定著低溫燃燒階段整體反應(yīng)速率[22]．

從圖5中還可以看出，OC12H23OOH主要出現(xiàn)在第1階段著火過程中，在第1階段結(jié)束時，溫度變化率出現(xiàn)小的峰值，隨后溫度升高放緩，甲醛(CH2O)開始大量出現(xiàn)．在總的著火延遲期時刻τID附近，溫度變化率出現(xiàn)一個更高的峰值，觸發(fā)高溫反應(yīng)．此時，OH 開始大量形成(沒有列出)，CH2O被迅速消耗．當溫度持續(xù)升高時，低溫反應(yīng)路徑向逆反應(yīng)方向發(fā)生，R基主要發(fā)生β鍵斷裂，并觸發(fā)高溫反應(yīng)路徑．CO2的生成則主要出現(xiàn)在高溫著火之后．提高初始溫度，第1階段著火延遲期τ1和總的著火延遲期τID均縮短，而第2階段著火延遲期τ2變長．這是由于溫度升高以后，第1階段著火結(jié)束時的溫度值與初始環(huán)境溫度差值縮小，第2階段需要進一步累積熱量才能夠進行鏈分支反應(yīng)(H2O2?OH+OH)．因此，從圖 5中可以看出，在高溫反應(yīng)發(fā)生之前( t ＜τID)，OC12H23OOH和 CH2O可以作為重要的低溫反應(yīng)組分來參與進一步的正十二烷噴霧火焰中的低溫燃燒現(xiàn)象．

圖5 溫度、歸一化組分摩爾分數(shù)和溫度升高率隨時間的變化Fig.5 Temporal evolution of the temperature(T)，normalized species mole fraction，and normalized dT/dt

2.3 噴霧火焰中低溫燃燒特征

圖 6顯示了在正十二烷噴霧火焰著火延遲期附

近時刻下酮類過氧化物(OC12H23OOH)和甲醛(CH2O)質(zhì)量分數(shù)在混合物分數(shù)空間內(nèi)的分布，每個散點對應(yīng)每一個 LES網(wǎng)格單元的組分信息．混合物分數(shù)定義為

式中：M WC、M WH和MWα分別表示C原子質(zhì)量、氫原子質(zhì)量和組分α的分子質(zhì)量；nC,α、nH,α表示組分α包含的碳原子和氫原子數(shù)；Yα表示組分α的質(zhì)量分數(shù)．從圖 6中可以看出，在著火延遲期附近，隨著初始溫度升高，OC12H23OOH質(zhì)量分數(shù)峰值逐漸遠離當量比混合物分數(shù)(Zst)向濃混合氣方向發(fā)展，并且OC12H23OOH的最高值幾乎呈下降趨勢．而當提高初始環(huán)境溫度時，CH2O質(zhì)量分數(shù)最高值呈升高態(tài)勢，并且同樣向濃混合氣方向發(fā)展．

圖6 不同溫度下OC12H23OOH和CH2O質(zhì)量分數(shù)在混合物分數(shù)空間的分布Fig.6 OC12H23OOH and CH2O mass fraction in the Z space at different temperatures

圖 7顯示的是在噴霧火焰著火延遲期附近時刻下瞬時放熱率與初始環(huán)境溫度的關(guān)系．提高初始環(huán)境溫度，放熱率峰值所對應(yīng)的混合氣濃度增加．這是由于高環(huán)境溫度下著火延遲期縮短，燃油與空氣混合不充分導(dǎo)致．在之前的研究中，發(fā)現(xiàn)在低初始環(huán)境溫度和壓力下，高溫反應(yīng)出現(xiàn)之前，放熱率峰值甚至會在當量比混合物分數(shù)附近出現(xiàn)，甚至出現(xiàn)在稀薄混合氣區(qū)域．環(huán)境溫度低，燃油與空氣混合更加充分；環(huán)境溫度高，混合氣活性強，著火提前；噴霧火焰中，往往最活躍的混合氣最先著火，也就是說高溫著火最先出現(xiàn)在溫度與濃度適中的位置，即最活躍混合物分數(shù)位置．溫度高的位置，燃油過稀，不足以觸發(fā)高溫反應(yīng)；混合氣濃度高的位置往往由于蒸發(fā)吸熱作用導(dǎo)致混合氣溫度過低，同樣不利于高溫著火．

圖7 不同溫度下放熱率在混合物分數(shù)空間的分布Fig.7 Heat release rate in the Z space at different temperatures

為了綜合對比不同初始溫度條件下正十二烷噴霧火焰燃燒過程，圖8給出了燃燒室內(nèi)所有網(wǎng)格單元最高溫度與總體放熱率隨時間變化情況．由于高溫(900K)條件下，噴霧火焰著火最早，燃燒室內(nèi)最高溫度率先出現(xiàn)，同時由于混合不足，而燃燒又進一步抑制了燃料與氧化劑混合，燃油與空氣預(yù)混水平總體放熱率峰值降低．而在低溫(800K)條件下，著火延遲推遲，高溫著火前燃料與氧化劑有更加充裕的時間混合，因而預(yù)混放熱率峰值最高．與燃燒過程相對應(yīng)，圖9中顯示了不同初始溫度條件下CH2O和OH最大質(zhì)量分數(shù)隨時間的變化情況．CH2O的產(chǎn)生和消耗可以標識著火過程，OH的快速產(chǎn)生在表征高溫著火過程．從圖中可以看出，在高溫環(huán)境下，CH2O和 OH開始升高的時刻明顯提前，OH開始快速升高時刻與最高溫度曲線十分相關(guān)．

圖8 最高溫度和總體放熱率隨時間的變化Fig.8 Temporal evolutions of the HRR and maximum temperature

圖9 CH2O和OH最大質(zhì)量分數(shù)隨時間的變化Fig.9 Temporal evolutions of maximum CH2O and OH mass fractions

為了深入分析不同溫度條件下的整體燃燒過程，圖10顯示了燃燒室內(nèi)所有單元累積的C2H2、CH2O、燃油質(zhì)量隨時間的變化情況．這些組分以及燃油的累積質(zhì)量為

式中：ncells表示燃燒室單元總數(shù)；iρ、Vi分別表示單元的密度和體積．C2H2可以作為碳煙的一種標識物．燃油質(zhì)量是指燃燒室內(nèi) C12H26在整個計算域內(nèi)的質(zhì)量和．一旦正十二烷開始發(fā)生脫氫加氧反應(yīng)，其質(zhì)量則不在考慮范圍內(nèi)．因此，燃油質(zhì)量也可以表征燃燒室內(nèi)燃油的蒸發(fā)質(zhì)量．從圖中可以看出，約在0.6ms時刻開始，800K初始溫度下燃油蒸發(fā)質(zhì)量增速放緩，燃油蒸發(fā)質(zhì)量曲線趨于水平，而與此同時，CH2O開始升高．此刻開始，正十二烷噴霧中出現(xiàn)冷焰．約 1.1ms時刻開始，正十二烷消耗加速．盡管在此之前高溫著火已經(jīng)出現(xiàn)，而此時CH2O仍在持續(xù)累積．這是由于高溫反應(yīng)出現(xiàn)早期，高溫著火范圍僅限于噴霧前端．在噴霧上游位置尚未引發(fā)高溫反應(yīng)，仍然有大量的CH2O形成．當高溫反應(yīng)區(qū)發(fā)展到上游位置時，前期形成的 CH2O被大量消耗，其累積質(zhì)量明顯降低．1.5ms時刻以后，由于噴油結(jié)束，燃油蒸發(fā)質(zhì)量、CH2O累積質(zhì)量均開始下降．當初始溫度提高到 900K時，燃油蒸發(fā)質(zhì)量接近停止增長的時刻提前，隨后燃油蒸發(fā)質(zhì)量在很長一段時間內(nèi)接近水平，說明燃油的蒸發(fā)速率與參與化學(xué)反應(yīng)的消耗速率接近平衡．同時，CH2O在燃燒室內(nèi)的累積質(zhì)量也同樣接近水平，說明整個燃燒室內(nèi)CH2O的產(chǎn)生速率與消耗速率接近平衡．對比不同初始溫度條件下 C2H2累積質(zhì)量曲線可以發(fā)現(xiàn)，900K條件下 C2H2累積質(zhì)量高于低溫條件下的累積質(zhì)量．這是由于900K條件下著火延遲期和火焰浮升長度縮短，卷吸進來的空氣質(zhì)量減少，燃油與空氣混合變差，產(chǎn)生了有利于 C2H2形成的更廣泛的濃混合氣區(qū)域．盡管高溫更有利于C2H2氧化，但由于混合不足，C2H2生成速率更高，因此產(chǎn)生的C2H2質(zhì)量增加．

圖10 累積C2H2、CH2O、燃油質(zhì)量隨時間的變化Fig.10 Temporal evolutions of C2H2，CH2O and fuel mass

3 結(jié) 語

本文在定容燃燒彈中高溫高壓環(huán)境下，探究了不同初始環(huán)境溫度下的高溫無氧噴霧發(fā)展過程以及噴霧燃燒過程．模擬采用大渦模擬方法并結(jié)合 54種組分、269步反應(yīng)的正十二烷機理．本文利用LES-LEM模型首先與高溫無氧條件下的氣相噴霧貫穿距以及不同位置混合物分數(shù)分布對比，發(fā)現(xiàn) LES-LEM 模型能夠捕捉噴霧發(fā)展過程和燃燒過程，模擬結(jié)果與試驗值非常接近．其次，本文深入分析了正十二烷中的低溫燃燒過程，發(fā)現(xiàn)均質(zhì)條件下正十二烷存在兩階段放熱過程，酮類過氧化物(OC12H23OOH)主要出現(xiàn)在低溫反應(yīng)階段，其峰值出現(xiàn)時刻與第1次溫度變化率峰值接近．隨后 OC12H23OOH 開始下降，甲醛(CH2O)開始大量生成．當溫度曲線開始快速升高，即溫度變化率曲線出現(xiàn)第 2次峰值前，CH2O被快速消耗．同時，本文還研究了噴霧火焰中的 OC12H23OOH和CH2O的分布，發(fā)現(xiàn)初始溫度升高以后，著火延遲期附近，OC12H23OOH和CH2O峰值出現(xiàn)在更濃的混合氣區(qū)域．OC12H23OOH峰值降低，而 CH2O峰值略有升高．最后，本文分析了初始環(huán)境溫度對主要組分分布和燃油蒸發(fā)量的影響，發(fā)現(xiàn)較高溫度條件下，著火時刻提前，OH和CH2O最高值曲線開始升高時刻提前．燃油蒸發(fā)質(zhì)量接近停止，增長時刻提前；并且由于火焰浮升長度縮短，燃料與空氣混合不足，造成碳煙標識物C2H2在整個燃燒室內(nèi)累積質(zhì)量增加．