湍流燃烧模型对直喷柴油机火焰liftoff长度和燃烧特性预测的影响研究.pdf

中国工程热物理学会 ，燃烧学 学术会议论文 编号：064032 度和燃烧特性预测的影响研究 虞育松李国岫孙晶晶徐字工 (北京交通大学机电学院动力工程系， 北京100044) bjtu．edu．cn 长度和燃烧性能的影响。分析了缸内i严均量(放热率、缸内平均温度、平均胍力)变化情况和oH浓度 场，同时与试验结果进行了对比。研究结果显示：不同燃烧模型虽然能得到相近的缸内平均量结果， 但预测得到的缸内oH浓度场和温度分布情况存在较大差异；其中以EBU模型的顶铡结果与试验偏离最 大；PaSR模型能够较为准确的预测缸内变量微观分布情况和火焰的lift—off长度，其预测得到的火 ‘ 焰结构与Dec(1997)提出的概念燃烧模型一致。 关键词：EBU模型；CTC模型；PaSR模型；lift—off长度 引言 E。Dec和Mark 美国Sandia国家实验室的John P．B．Musculus等人【l】的研究结果表 明，直喷柴油机的燃烧进入扩散燃烧阶段时火焰存在lift-off长度(火焰脱离喷孔的距 离)，并在相当长一段时间内火焰处于准稳定状态。此时，燃油喷束提供的燃油蒸汽量 近似等于燃油消耗量。Siebers等人[Zl对柴油高压喷射条件下的燃烧过程进行了试验研 究，某结果表明火焰确实能够稳定在喷束下游某一部位。随后，P．K．Senecal和E． Pomraning等人13】采用数值模拟的方法研究了喷孔直径、喷油压力、缸内空气初始密度 和温度对定容燃烧器中火焰liR．off长度的影响。随着研究的不断深入，人们对直喷柴油 机的燃烧过程有了新的认识。但数值模拟的计算结果与其采用的模型有密切关系。不同 的数学模型由于基于不同的假设和对机理的解释，将会对计算结果产生重要影响。 timescalecombustion CTC(characteristic National 型)对直喷柴油机的燃烧过程进行了三维数值模拟计算。计算针对美国Sandia Laboratories的CumminsN单缸光学发动机进行。最后，通过对比试验与计算结果，综 合分析湍流燃烧模型对柴油机燃烧过程中的火焰准稳定状态现象、火焰lin．off长度和燃 烧特性的影响。 1计算模型 l。lShell自燃模型 Shell自燃模型可以模拟碳氢燃料的冷焰和两阶段着火现象，已成功用于模拟柴油 机的白燃【4，51。模型由八步动力学反应组成，其中的分支反应及中间产物的生成在冷焰和 基金项目{国家教育部留学回国人员科研启动基金项目资助 教外司留(2004)527 321 两阶段着火中起重要作用【6．71。 combustion 1．Z涡破碎模型(EBU model)．㈨ 燃油消耗率可以写为：’ COs=-A纠晦篙) 分别代表燃油蒸汽、氧气和燃烧产物的浓度值，s为化学计量空燃比。 1．3特征时间尺度燃烧模型(CTC，characteristictimescalecombustionmodel) 组分m质量分数的时间变化率为： 盟皇丛 衍 t 。 其中，匕为组分m的质量分数，f。为燃烧特征时间，匕。代表当地平衡质量分数f9l。 01。 其中f，为层流时间尺度，t为湍流时间尺度，鬈代表组分i的质量分数【1 stirred