柴油机燃油喷雾形成过程的建模

柴油机燃油喷雾形成过程的建模

为减少汽车使用对环境产生的影响，导致与柴油机排放相关的法规变得越来越严格。改善柴油机燃烧效率能够显著降低排放，而对柴油机效率改善方法的研究，通常结合试验分析和计算流体动力学（CFD）工具同时进行。其中，利用CFD工具能显著缩短柴油机的开发周期，减少开发成本。为保证CFD工具的可靠性，对CFD中应用的每一个数学模型都应当进行验证。但是受基础理论的限制，对柴油机燃油喷雾形成过程进行建模时，常采用Euler Lagrangian离散液滴方法。该方法在对喷油器附近燃油喷雾密度较高的区域进行建模时，不能反映燃油喷雾真实的形成过程。因而，需要开发出更能反映燃油喷雾真实形成情况的CFD模型。

在开发新CFD模型过程中，采用Euler Eulerian方法模拟燃油喷雾的形成过程。该方法将整个形成过程分为液态燃油喷雾形成过程和气态燃油喷雾形成过程，并将液态燃油液滴的直径划分为5、20、40、125μm。对按液滴直径分类后的液态燃油喷雾分别进行一次雾化和二次雾化仿真，该过程涉及到液滴破碎模型、液滴蒸发模型和液滴碰撞模型，最终确定液态燃油喷雾模型。基于湍流模型，将最终确定的液态燃油喷雾模型与之前确定的气态燃油喷雾模型混合，形成燃油喷雾。目前，采用Euler Eulerian方法建立的燃油喷雾形成过程模型已经集成到奥地利李斯特（AVL）公司开发的商业化CFD软件AVL Fire中，利用现有的试验数据对所建立的模型进行评价。评价发现，基于液态燃油喷雾模型仿真得到的缸内平均有效压力、缸内温度和热释放率与试验结果具有良好的一致性。

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

编译：王淼