基于火核群效應的汽油機CAI燃燒放熱率模型的研究.pdf

1、汽油機可控自燃(Controlled Auto-Ignition, CAI)是一種能夠有效提升發(fā)動機熱效率,降低排放的新型燃燒方式。區(qū)別于傳統(tǒng)汽油機的火花點火式燃燒,CAI燃燒呈現(xiàn)多點自燃的燃燒特征。且由于受到化學反應動力學的控制,缸內(nèi)溫度和組分的分層對燃燒過程有著顯著的影響。但是,當前的CAI燃燒放熱率模型尚不能很好地描述上述燃燒特點,限制了模型的使用。因此,本研究擬建立一個能夠反映CAI燃燒特性的放熱率模型,在根本上提高模型的實用性

2、。
　　由于缸內(nèi)溫度、組分分布不均勻,不同區(qū)域會先后產(chǎn)生自燃點,自燃點放熱促進新的自燃點產(chǎn)生,大量自燃點群體演化導致CAI燃燒。從微觀角度上看,這一過程符合群智能理論中關于“簡單個體之間存在相互影響,會促進或抑制個體行為的發(fā)展,最終導致群體現(xiàn)象涌現(xiàn)”的設定。本研究將燃燒中的單個自燃點定義為一個“放熱火核”,基于此提出了“火核群”的概念,并提出了基于火核群體效應建立汽油機CAI燃燒放熱率模型的思想。
　　通過三維仿真分析發(fā)現(xiàn),

3、不考慮火核個體的化學反應,利用放熱火核群體發(fā)展歷程可以表征CAI燃燒放熱過程。借助群智能理論,基于放熱火核數(shù)目變化過程的數(shù)學推導,發(fā)展了一個能夠合理地描述多點自燃燃燒放熱過程的函數(shù)。該函數(shù)與基于溫度閾值的著火判斷函數(shù)式一起構成了火核群燃燒放熱率模型。經(jīng)過仿真與實驗結果對比驗證,該模型對于過量空氣系數(shù)為1?4,廢氣率70％以下的CAI燃燒工況均有較好的預測效果。同時,模型參數(shù)物理意義明確,方便描述燃料不完全燃燒等實際燃燒現(xiàn)象,利于考慮復雜

4、的燃燒影響因素,從而更易于改善模型的適用性和精度。
　　以火核群模型為基礎,本研究進行了在放熱率模型中添加溫度分布對燃燒影響的探索。首先,通過三維CFD仿真深入分析了溫度分布對于放熱火核發(fā)展歷程的影響。結果表明,溫度分布越均勻,初始火核數(shù)和放熱火核平均增長率均變小。通過建立放熱火核發(fā)展過程中的這兩個參數(shù)與溫度不均勻度的關系,實現(xiàn)了對模型中溫度分布參數(shù)影響的修正,使得火核群模型對CAI燃燒相位和燃燒持續(xù)期的預測精度分別提高0.47°