外文翻譯之---模擬氣體運動的快速壓縮機 中文.doc

模擬氣體運動的快速壓縮機M.G.MEERE1,B.GLEESON1andJ.M.SIMMIE2DepartmentofMathematicalPhysics,NUI,Galway,Ireland2DepartmentofChemistry,NUI,Galway,IrelandReceived25July2001；acceptedinrevisedform8May2002摘要:本文介紹了一種模型，其描述了天然氣等氣體混合物在快速壓縮機器里壓力，密度和溫度的變化。該模型包括一個耦合系統(tǒng)的非線性偏微分方程，還有正式的漸進化數(shù)字的解決方案。使用漸近技術(shù)，一個簡單的離散型算法表達了氣體的壓力，溫度和密度的演化，核心數(shù)據(jù)來源于記錄室的記錄。結(jié)果表明，使用實驗數(shù)據(jù)該模型有有較好的計算和預(yù)測能力。關(guān)鍵詞：快速壓縮機，震動波，奇異攝動理論1導(dǎo)言1.1快速壓縮機一種快速壓縮機器設(shè)備用來研究自燃的氣體混合物在高壓和高溫條件下，尤其是在自動點火內(nèi)燃機中（見1-3）。一個典型的內(nèi)燃機處于一個非常骯臟的和復(fù)雜的環(huán)境中，這也促使壓縮機器的科學(xué)研究朝更清潔和更簡單的設(shè)置方向著快速發(fā)展。圖1說明了兩個活塞式快速壓縮機器的基本情況。然而，單活塞機，活塞在一頭，另一端是結(jié)實的墻壁，更典型。在本篇論文中，對單活塞和雙活塞壓縮機均有詳盡的闡述。快速壓縮機器操作非常簡單-活塞壓縮處于封閉狀態(tài)的氣體混合物。封閉的壓縮氣體造成氣體壓力，溫度和密度迅速增加。圖1（a），1（b）和1（c）分別快速壓縮機器之前，期間和之后的壓縮情況。這臺愛爾蘭國立大學(xué)的體積壓縮機器初步比例最后為1:12，這個值也是其他機器的典型值。在結(jié)束壓縮時混合氣體由于被壓縮，溫度升高，可能發(fā)生自燃現(xiàn)象。在圖2中，我們描述了H2/O2/N2/Ar混合物氣體的壓力概況（來自于布雷特的有關(guān)壓力的文獻）。在這圖，時間t=0對應(yīng)于壓縮結(jié)束。我們注意到，在大部分的壓縮時間內(nèi)，容器內(nèi)部的溫度緩緩上升，但是壓縮快要結(jié)束之前（t=0),壓力急劇上升。壓縮結(jié)束時，壓力上升陡峭程度超出意料。圖1的示意圖為我們簡要的描述了快速壓縮機的運動過程（a）為壓縮前，（b）、（C）分別為壓縮中和壓縮后表格2中，說明了混合氣體（H2/O2/N2/Ar=2/1/2/3）的壓力變化概要，與哥爾韋的測量結(jié)果是一致的。它來源于文獻(4)，初步壓力和初始溫度分別為0.05MP和344開爾文。曲線變化對應(yīng)于氣體混合物的點火。我們注意到，壓縮時間和延遲點火的時間均是（10）毫秒。壓力是實驗中衡量的唯一參數(shù)。然而，核心溫度的大小是化學(xué)家最感興趣的，因為所有的反應(yīng)都主要由溫度決定，盡管有時壓力也可能影響著化學(xué)反應(yīng)的速率。核心溫度測量的準確性由于存在一個熱邊界層而出現(xiàn)較大誤差；下面就可看到一個筒形漩渦。然而，只要有實驗的壓力數(shù)據(jù)，對應(yīng)的溫度可以用關(guān)系式:ln(p/pi)=sTTdsssi)1)()(進行估算。在上面的關(guān)系式中，和是初始值，和是一段時間后的值，(s)是絕熱指數(shù)。在實驗中，初始核心溫度是開爾文，壓縮后的是開爾文。在這篇論文中，我們講討論混合氣體在壓縮中的變化，后壓縮變化不在考慮范圍之內(nèi)，但在后續(xù)的論文中我們將闡述。然而，這里提出的模型提供了純凈氣體和惰性氣體混合物的后續(xù)變化。參見.節(jié)1.2模型我們假設(shè)壓縮室體積范圍為，時，對應(yīng)于左活塞的初始位置，X=2對應(yīng)于右活塞的初始位置。本篇論文中，我們假定氣體的運動是一維空間，氣體的流動僅與X有關(guān)，并且T0。這一假設(shè)其實影響挺大。因為高維效應(yīng)在實驗中時常產(chǎn)生，筒狀漩渦在活塞頭和汽缸壁更加顯著（參見文獻5）。由于氣缸壁的熱邊界層產(chǎn)生了這些漩渦，漩渦影響了氣缸中受壓氣體的運動。然而，這里一維空間的研究包括兩方面：1.通過在活塞頭引進縫隙，可以成功抑制活塞運動時產(chǎn)生的熱邊界層（文獻6），從而使結(jié)果更加接近真實值。2.一維空間活塞運動的研究為高維空間研究提供了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，我們給三維空間一個控制方程。在文獻7中，提供了的完整的多氣體反應(yīng)的控制方程的演算；這些演算在這里就不贅述。模型中，我們研究了了許多簡化假設(shè)，上述文件將明確規(guī)定它們的產(chǎn)生。該模型有質(zhì)量守恒：0)(vxt上式中，=(x,t)andv=v(x,t)a分別是氣體的密度和速度，X位置和T代表時間。應(yīng)該強調(diào)的是，這些氣體指的是混合氣體，因此，如果有N種混合氣體,則：Nii1,這里i=i(x,t)是混合氣體的密度。V是混合氣體的平均速度。iNiivYv1其中，Yi=i/，vi=vi(x,t)分別是i不同氣體成分的體積分數(shù)和速度。參見文獻7。忽略驅(qū)動壓力和粘性作用，可以用以下方程表達受力：xpxvvtv1其中p=p(x,t)表示壓力。假定氣體是理想的，可用以下方程表示：TMRp其中T=T(x,t)溫度,R是常數(shù)(8314JK1mol1),M是氣體的摩爾質(zhì)量)(1mAWnMiNiini和Wi分別代表體積分數(shù)和氣體摩爾質(zhì)量，A=60222310moleculesmol1，方程如下：)()(xvpxqMxuvtuu=u(x,t)是氣體的內(nèi)能，有以下方程：pMyhuNiii1hi=hi(T)表示如下：sTTpiidsicThTh)()()(00,i=1,2,.,N,T是相關(guān)的溫度，)(,Tcip是N中氣體不變