柴油機(jī)噴霧燃燒過程試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究_圖文

1、5月29日培訓(xùn)內(nèi)容安排柴油機(jī)噴霧燃燒試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究計(jì)算流體力學(xué)CFD在內(nèi)燃機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用柴油機(jī)排氣系統(tǒng)及尿素還原系統(tǒng)SCR優(yōu)化設(shè)計(jì)CFD分析汽油機(jī)排氣系統(tǒng)及三元催化器TWC優(yōu)化設(shè)計(jì)CFD分析后處理裝置化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)柴油機(jī)噴霧燃燒過程試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究余皎博士2007-05-29第二期發(fā)動(dòng)機(jī)CAE分析技術(shù)高級(jí)培訓(xùn)班內(nèi)容提要柴油機(jī)噴霧過程試驗(yàn)研究柴油機(jī)噴霧過程數(shù)值模擬柴油機(jī)燃燒過程試驗(yàn)研究柴油機(jī)燃燒過程數(shù)值模擬柴油噴霧過程柴油噴霧是一個(gè)瞬態(tài),發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)應(yīng)的多相流過程;燃油霧化、液滴的破碎,蒸發(fā),燃油與燃燒室壁面碰撞;燃油混合氣在燃燒室空間分布;燃油與空氣混合質(zhì)量是影響燃燒好壞的關(guān)鍵;

2、噴霧過程模擬準(zhǔn)確與否是燃燒性能模擬好壞的前提;激光診斷技術(shù) Rayleigh ScatteringPlanar Laser-inducedFluorescence Raman ScatteringMie Scattering 噴霧燃燒激光診斷系統(tǒng) Sandia噴霧研究定容裝置 燃油撞壁過程 內(nèi)容提要柴油機(jī)噴霧過程試驗(yàn)研究柴油機(jī)噴霧過程數(shù)值模擬柴油機(jī)燃燒過程試驗(yàn)研究柴油機(jī)燃燒過程數(shù)值模擬拉格朗日多相流氣體以連續(xù)相方程描述,噴霧液體以離散相方程描述,耦合求解連續(xù)相和離散相方程相同特性的粒子(droplet屬于一個(gè)粒子包(parcel,求解連續(xù)相和離散相的動(dòng)量,質(zhì)量,熱量交換,以及求解離散相的運(yùn)動(dòng)軌

3、跡計(jì)算時(shí)考慮湍流擴(kuò)散對(duì)粒子的影響拉氏方法同時(shí)適用于氣液/氣固/液固兩相流描述燃油噴霧的主要方法噴霧模型霧化模型破碎模型粒子間相互作用撞壁模型沸騰模型液滴與氣體之間的相互作用多組分蒸發(fā)湍流擴(kuò)散 液滴-氣體之間的相互作用傳質(zhì) 蒸發(fā)沸騰傳熱 內(nèi)容提要柴油機(jī)噴霧過程試驗(yàn)研究柴油機(jī)噴霧過程數(shù)值模擬柴油機(jī)燃燒過程試驗(yàn)研究柴油機(jī)燃燒過程值模擬Sandia燃燒研究光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī) 直噴式柴油機(jī)噴霧發(fā)展過程 柴油噴霧燃燒新概念模型 傳統(tǒng)燃燒過程的-T圖 (1Intake of a premixed charge(2The charge is compressed(3The charge is compressed f

4、urther(4Infinitesimaly later傳統(tǒng)柴油機(jī)燃燒與HCCI燃燒區(qū)別 傳統(tǒng)燃燒和HCCI燃燒循環(huán)溫度對(duì)比 EGR對(duì)滯燃期和燃燒溫度的影響 內(nèi)容提要柴油機(jī)噴霧過程試驗(yàn)研究柴油機(jī)噴霧過程數(shù)值模擬柴油機(jī)燃燒過程試驗(yàn)研究柴油機(jī)燃燒過程數(shù)值模擬柴油機(jī)燃燒模型組成shell自燃模型柴油燃燒模型污染物生成模型NOx模型Soot模型Shell自燃模型Shell模型是在退化分枝鏈鎖反應(yīng)機(jī)理基礎(chǔ)上提出的8步反應(yīng),通過鏈引發(fā),鏈傳播,線性鏈中斷,二次鏈中斷,退化支鏈過程來表述自燃過程。當(dāng)溫度大于某一固定值如1100K 或者溫度隨時(shí)間變化大于106 K/s時(shí)自燃過程停止,燃燒開始。自燃模型可以模擬

5、冷火焰的傳播,兩級(jí)自燃。通過控制溫度來控制從兩級(jí)自燃到一級(jí)自燃。燃燒模型:渦破碎模型(EBU在湍流燃燒時(shí),燃料蒸氣和氧氣均以大小不等并做隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的渦團(tuán)形式存在,燃燒在這兩類渦團(tuán)的界面上進(jìn)行,因此反應(yīng)速率取決于兩類渦團(tuán)破碎成Kolmogorov尺度的速率,反應(yīng)速率由下式?jīng)Q定: 汽油機(jī)和柴油機(jī)都可選用渦破碎模型,主要區(qū)別在于A,B兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)不同汽油機(jī)的爆震模擬采用4步shell模型燃燒模型:LTCT模型組分m的反應(yīng)速率利用組分m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與組分m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的局部瞬時(shí)的熱力學(xué)平衡值的差值與特征時(shí)間之比來表示。燃油化學(xué)反應(yīng)速率由下式計(jì)算: 反應(yīng)特征時(shí)間是考慮有限反應(yīng)速率(實(shí)際情況與無(wú)限反應(yīng)速率(平衡

6、狀態(tài)的偏離,由于平衡狀態(tài)的特征反應(yīng)時(shí)間為零,因此可用特征反應(yīng)時(shí)間來代表真實(shí)反應(yīng)與理論反應(yīng)的偏差程度,也就是說特征時(shí)間是反應(yīng)完成平衡所需的時(shí)間。為了精確計(jì)算平衡溫度,一般取7種組分,即燃料,O2,N 2,CO2,CO,H2和H2O。燃燒模型:ECFM-3Z模型 污染物生成模型:NOx生成機(jī)理包括Thermal 模型,Prompt模型和Fuel模型。Thermal模型中NOx通過空氣中的N2和O2在高溫下反應(yīng)生成。反應(yīng)機(jī)理是擴(kuò)展了的Zeldovich機(jī)理。Prompt模型中NOx是由于碳?xì)湓訄F(tuán)和空氣中的氮反應(yīng)生成。它受溫度影響小,在通常情況下,Prompt生成的NOx 占總的NOx比例很小,可以

7、不考慮。它不受Zeldovich機(jī)理控制,而是通過碳?xì)湓訄F(tuán)生成,在濃混合氣火焰中, CH原子團(tuán)比較多,有利于它的生成。Fuel模型NOx是由于燃料中的氮組分和氧反應(yīng)所生成。對(duì)于煤和重油的燃燒,燃料中的氮是NOx排放的一個(gè)重要的組成部分。在內(nèi)燃機(jī)中只出現(xiàn)Thermal模型和Prompt模型(Building blocks Soot emissions內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)格 氣門關(guān)閉后,氣道的網(wǎng)格排除在計(jì)算范圍之外氣門開啟后,排氣道和進(jìn)氣道的流體單元屬性與氣缸流體單元屬性改為同一類型 -2ATDC(點(diǎn)火NO distributionCHEMKIN模擬HCCI燃燒主要是內(nèi)燃機(jī)燃燒過程模擬燃燒過程詳盡的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理分析燃燒產(chǎn)物的生成機(jī)理和排放預(yù)測(cè)敏感性分析,為STAR/KINetics提供簡(jiǎn)化的反應(yīng)機(jī)理燃油添加劑和代用燃料自燃和爆震汽油機(jī)火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档团欧?后處理裝置(三元催化器-(表面化學(xué)反應(yīng)V(t=180=540HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)模擬-2利用n-heptane(C7H16代替汽油兩種C7H26 燃燒化學(xué)反應(yīng)機(jī)理詳盡化學(xué)反應(yīng)機(jī)理(LLNL超過500種物質(zhì)