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物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)
August Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32 (8), 1941－1949 1941
[Article] doi: 10.3866/PKU.WHXB201604223
三维直接数值模拟部分预混发动机内的燃烧过程
张 帆 尧命发*
(天津大学，内燃机燃烧学国家重点实验室，天津300072)
摘要：采用三维直接数值模拟方法研究了一个类似于部分预混燃烧(PPC)发动机条件下高辛烷值燃料PRF70
的着火过程。文章采用了简化的PRF 化学动力学机理，包含33 个组分和38 步基元反应。计算中根据发动机
的几何尺寸和真实运行工况加入了气缸内压缩/膨胀的效果，并考虑了燃料的两次喷射，其中第一次喷射形
成了较均匀的混合气，第二次燃料喷射增加了混合物分层。研究发现，PPC 的燃烧过程非常复杂，是均质压
燃、预混燃烧和扩散燃烧三种主要燃烧模式的结合。在两次燃料喷射之间的区域为近化学计量比燃烧，是氮
氧化物的生成区；而在化学计量比(φ)大于2 的区域，混合不充分聚集了大量未燃碳氢和CO 。文章使用
Marching cube 算法捕捉了三维火焰锋面随时间的变化。最后，使用反应锋面上高斯曲率(k )与平均曲率(k )
g m
的联合概率密度函数(PDF) 以及平均曲率随时间变化的概率密度函数，揭示了球形火焰锋面和马鞍形火焰锋
面的存在，前者占主要地位，并且随着燃烧的进行，负曲率增加，主要是因为中心的燃料浓区在逐渐消耗。
关键词：直接数值模拟；部分预混燃烧；PRF70；燃烧特性；PPC 发动机
中图分类号：O641 ；TK421.2
Three-Dimensional Direct Numerical Simulation of Partially Premixed
Combustion in Engine-Related Conditions
ZHANG Fan YAO Ming-Fa*
(State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300072, P. R. China)
Abstract: Three-dimensional direct numerical simulation is conducted to simulate the auto-ignition of the high-
octane fuel PRF70 under partially premixed combustion (PPC) engine conditions. A skeletal primary reference
fuel (PRF) chemical kinetic mechanism is adopted, including 33 species and 38 elementary reactions.
Compression/expansion effects caused by piston motion, the real engine geometry, and the working conditions
are con
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