柴油機模型的開發與驗證

柴油機模型的開發與驗證

隨著計算機計算性能的提高，在柴油機設計過程中或在確定柴油機最優運行參數時，運用仿真的方法開始變得越來越流行。為了滿足排放法規要求，將各種先進的燃燒優化技術應用在柴油機上，使現代柴油機已經成為了一種具有多自由度的復雜系統，發動機運行參數的組合急劇增加，所需的計算量也在急劇增加。因而，需要開發出適宜的柴油機燃燒模型和排放模型，以盡可能地在有限的計算能力下提高仿真精度。

開發燃燒模型和排放模型的關鍵是對點火延遲過程中燃油噴霧形成過程和化學反應過程（點火過程）進行模擬。模擬時，需要能夠體現發動機不同參數下的運行條件。相關參數包括柴油機負荷、渦輪增壓壓力、噴射開始時間、噴油嘴直徑、噴射壓力、廢氣再循環率、進氣溫度、進氣門正時、環境溫度和燃油溫度。建模時，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算流體動力學（CFD）仿真確定出燃油噴霧的形成過程；然后利用一個簡單的3-Arrhenius方法對燃油噴霧點火時的化學反應過程進行建模，該過程應考慮到發動機參數的變化；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反應過程模型進行處理，仿真柴油機的缸內燃燒過程，進而確定出柴油機排放。在一個中速柴油機上對所建立的模型進行校準，并在多種柴油機運行條件下進行了驗證。驗證結果顯示，所建立的模型確定出的點火延遲具有較高的精度，該模型能夠用于實時計算過程中。

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

編譯：王淼