柴油机的燃烧过程仿真

柴油机不稳定扩散受控燃烧过程的最简单计算模型是零维单区模型，用理想混合热力学模型描述燃烧空间。该模型不存在压力、温度和工质组分在燃烧空间的差异。有害物质的形成证明这种模型不符合实际。

在多区模型中单独计算每个区的零维模型参数，这样可确定每个区的工质温度和组分的瞬态变化。

图5.2-50 进气流动仿真：表示旋转轴

利用试验得到的代用燃烧过程，而不预先给出像在零维模型中的放热规律。这样，通过模型化的燃油喷束传播、蒸发、混合气形成（图5.2-50）、着火和燃烧成为准维多区模型或现象（唯象）学多区模型，从而可以喷射过程预先算出燃烧过程。

用三维模型计算柴油机内燃烧过程的原理是动量、质量、物质、湍流能量的焓和损耗的守恒方程组。燃油喷束模型在喷射过程中始于喷孔。因为在喷嘴处的穴蚀对喷束的收缩和与此相关的喷束出口速度有重大影响。为仿真燃油喷束建立了“离散油滴”模型。用统计的一束（一团）油滴近似喷束。这束油滴表示热力学性能和状态相同的一组油滴。通过这样的简化可以掌握喷射过程。这一束油滴完成所有的物理过程，包括在燃烧室中。

雾化模型描述了从喷孔喷出喷束后，剪断视觉上严密的液体喷束核的一次油滴过程。“剪断（Break-up）”模型将一次油滴剪开成更小的二次油滴。其他的模型提供有关油滴—油滴、油滴—气相界、油滴—燃烧室壁间的相互作用。只要燃油蒸发，气态的燃油与氧化剂混合，自行着火过程开始。利用简化的化学动力学计算当地（在每个网格单元）的着火，而与氧化剂、燃油、原子团的原始浓度和当地的气体温度有关的化学动力学决定着火反应的进程。只要着火就可用简单的燃烧模型仿真。

在燃烧过程时，NO形成有3个路线：热反应形成NO；在某处温度达2800K的火焰前峰形成“瞬间NO”；含在燃油中的N₂氧化成NO。在柴油机中通过“热反应形成NO”约90%～95%，“瞬间形成NO”为5%～10%，“燃油形成NO”小于1%。在温度超过2000K时热反应形成NO的模型可用Zeldovich机理描述：(www.xing528.com)

N₂+O⇌NO+N₂

O₂+N⇌NO+O₂

OH+N⇌NO+H

主要影响参量为：当地工质温度场、混合场和流动场（在所观察体积微元体）中所观察的质量微元体停留时间。

微粒形成的详细机理还没有完全清楚，所以采用半经验模型仿真微粒形成。该模型与蒸发的燃油、氧化剂、压力场、温度场有关。目前的模型化水平还不能令人满意。

柴油机混合气形成、燃烧和排放生成的足够精确的模型目前还不可能。因为一些重要的子过程没有详细明白，确切地说还不能建模，所以唯象学模型还有一定的意义。从长远看，计算反应流体动力学编码（CRFD-Codes，computation reactive fluid dynamics-Codes）有较大的潜力。