柴油機模型的開發(fā)與驗證

柴油機模型的開發(fā)與驗證

隨著計算機計算性能的提高，在柴油機設(shè)計過程中或在確定柴油機最優(yōu)運行參數(shù)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(guī)要求，將各種先進的燃燒優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用在柴油機上，使現(xiàn)代柴油機已經(jīng)成為了一種具有多自由度的復(fù)雜系統(tǒng)，發(fā)動機運行參數(shù)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(fā)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(fā)燃燒模型和排放模型的關(guān)鍵是對點火延遲過程中燃油噴霧形成過程和化學(xué)反應(yīng)過程（點火過程）進行模擬。模擬時，需要能夠體現(xiàn)發(fā)動機不同參數(shù)下的運行條件。相關(guān)參數(shù)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(huán)率、進氣溫度、進氣門正時、環(huán)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(xué)（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(xué)反應(yīng)過程進行建模，該過程應(yīng)考慮到發(fā)動機參數(shù)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(xué)反應(yīng)過程模型進行處理，仿真柴油機的缸內(nèi)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(jié)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