内燃机热平衡仿真研究现状与展望.pdf

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1、30内燃机与配件2011年第9期内燃机热平衡仿真研究现状与展望ResearchandDevelopmentinThermalBalanceSimulationforInternalCombustionEngine张云飞任晓江张众杰(天津军事交通学院)[摘要]分析了内燃机工作过程、内燃机零部件(包括缸内部件、冷却系以及润滑系)、整机的热平衡仿真研究现状；提出整机热平衡耦合仿真、冷却系统的智能化控制、润滑系统各部分的耦合仿真是今后内燃机热平衡研究的重点方向。[关键词]内燃机热平衡仿真Keywords：InternalcombustionengineTher

2、malbalanceSimulation0引言态f如缸内气体的流动、燃烧，零部件间的传热及温度内燃机传热问题一直是影响内燃机性能的重要场分布等)描述出来，建立内燃机工作过程和内燃机因素。从内燃机的工作过程看，缸内传热会影响内燃各部件模型回。包括内燃机工作过程仿真、各部件热平衡仿真和整机热平衡仿真等内容。机的热效率，同时影响排放物的生成。而且随着内燃机强化程度的不断提高，其零部件的热负荷也随之1内燃机工作过程仿真研究现状与发增加。研究内燃机传热特性对于减少内燃机的传热展趋势损失，提高热效率，优化燃烧性能、排放性能，提高零内燃机工作时缸内的物理化学现象极其

3、复杂，部件的可靠性有着重要意义。涉及多种流体力学及化学动力学过程。内燃机工作内燃机的热平衡研究是内燃机传热研究的重要过程仿真用微分方程对工作过程进行数学描述，通组成部分。该研究能够从系统集成的角度来统筹分过数值计算求得热平衡研究中转化为有效功的热量析内燃机中的能量转换与流动传热过程，使内燃机和排气带走的热量。但内燃机复杂的几何形状导致的各个系统f如进排气系统、冷却系统、润滑系统)与内部各点的不稳定边界条件难以确定。这就需要建内燃机工作过程匹配最优化，在保证动力性、经济立特定的物理化学模型以达到简化方程的目的。性、可靠性的同时，最大程度地提高内燃机的热效

4、率内燃机的缸内数值模拟已经经历了从零维到准It]。从而为冷却系统的设计提供依据，并为内燃机热维再到多维的三个发展阶段_引。效率的提升指明方向。零维模型(又称热力学模型)的原理是假定气缸传统热平衡研究以试验为基础，但试验方法依内工质均匀分布，多种热力学参数处处相等，据此计赖于仪器的精度，对测试设备的要求很高。如果测量算出燃烧放热的规律，简要直观地评价燃烧过程中精度差导致数据的准确度不够，将有过多的热量被能量转换的效率，但由于它对缸内燃烧放热过程的归人到余项损失中，其去向无法明确，这就使内燃机描述是宏观的、抽象的，无法考虑参数随空间位置的热平衡研究失去了现

5、实意义。而内燃机热平衡仿真变化因而无法预测排放性能。较典型的零维模型有模拟因其条件限制少、信息丰富、成本低、周期短等WhitehOHSe建立的单区模型和AustenLyn应用三角显著特点得到越来越广泛的关注。热平衡仿真计算是利用数学模型计算内燃机各形法建立的模型等。部分热量分配状况的重要手段。是在基于内燃机的准维模型(又称一维模型、燃烧现象模型)诞生结构参数的基础上，用数学模型把内燃机的整个状于20世纪70年代，这类模型是在零维模型的基础张云飞任晓江张众杰：内燃机热平衡仿真研究现状与展望31上考虑喷雾及火焰传播等物理过程的长度尺度，把FIRE：国内如北

6、京理工大学开发的三维内燃机工作燃烧室按火焰位置、喷注空间分布形态，分成两个以过程的通用模拟程序RES3C一11，江苏理工大学和同上的区域(例如燃烧过程中未燃区域、燃烧区域、易济大学联合开发的涡流室式柴油机工作过程的三维燃区域等)，通过现象子模型预测内燃机燃烧过程的模拟程序Engine一1I，中国科学技术大学开发的计算一部分细节。准维模型的建立需要分别考虑喷雾扩直喷式柴油机螺旋进气道与缸内空气运动的大型微散、油滴蒸发、混合与卷吸、燃烧火焰传播及燃烧产机化程序IPIC—CFD(11，吉林工业大学(现吉林大学)物变化等过程。开发的内燃机缸内多维气流运动模拟程

7、序SUN一1等国外所建立的典型准维模型有：美国康明斯公软件为内燃机的多维仿真提供了很大的便利条件。司林蔚梓等提出的气态射流为基础的“气相喷注燃随着各类专业软件的开发应用．多维模型的构烧模型”，日本京都大学池上洵等提出的概率过程模建也越来越完善，除了在内燃机工作过程得到应用型，日本广岛大学广安博之等提出的喷注雾化模型以外，在内燃机缸内部件，冷却系统，润滑系统，整机等。国内学者也在此基础上经过完善和发展提出了传热与流动也有广泛的应用。各具特色的准维燃烧模型。1991年，史绍熙等提出2内燃机各部件的热平衡仿真研究现了一种新的直喷式柴油机燃烧分析模型，研究了燃

8、状与发展趋势烧系统参数对燃烧过程的影响，分析了充量间传热内燃机整机的热平衡研究因不确定参数多。