柴油機燃油噴霧形成過程的建模

柴油機燃油噴霧形成過程的建模

為減少汽車使用對環境產生的影響，導致與柴油機排放相關的法規變得越來越嚴格。改善柴油機燃燒效率能夠顯著降低排放，而對柴油機效率改善方法的研究，通常結合試驗分析和計算流體動力學（CFD）工具同時進行。其中，利用CFD工具能顯著縮短柴油機的開發周期，減少開發成本。為保證CFD工具的可靠性，對CFD中應用的每一個數學模型都應當進行驗證。但是受基礎理論的限制，對柴油機燃油噴霧形成過程進行建模時，常采用Euler Lagrangian離散液滴方法。該方法在對噴油器附近燃油噴霧密度較高的區域進行建模時，不能反映燃油噴霧真實的形成過程。因而，需要開發出更能反映燃油噴霧真實形成情況的CFD模型。

在開發新CFD模型過程中，采用Euler Eulerian方法模擬燃油噴霧的形成過程。該方法將整個形成過程分為液態燃油噴霧形成過程和氣態燃油噴霧形成過程，并將液態燃油液滴的直徑劃分為5、20、40、125μm。對按液滴直徑分類后的液態燃油噴霧分別進行一次霧化和二次霧化仿真，該過程涉及到液滴破碎模型、液滴蒸發模型和液滴碰撞模型，最終確定液態燃油噴霧模型。基于湍流模型，將最終確定的液態燃油噴霧模型與之前確定的氣態燃油噴霧模型混合，形成燃油噴霧。目前，采用Euler Eulerian方法建立的燃油噴霧形成過程模型已經集成到奧地利李斯特（AVL）公司開發的商業化CFD軟件AVL Fire中，利用現有的試驗數據對所建立的模型進行評價。評價發現，基于液態燃油噴霧模型仿真得到的缸內平均有效壓力、缸內溫度和熱釋放率與試驗結果具有良好的一致性。

Zvonimir Petranovic et al. SAE 2017-01-0547.

編譯：王淼