山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 趙世峰 董小瑞 王艷華 吉文博

1 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活不可或缺的工具，但是隨之而來的是全球能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益加劇[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的心臟，是汽車動(dòng)力的主要來源，同時(shí)也是造成環(huán)境問題的重要組成部分，因此有必要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行深入研究，在追求動(dòng)力性的同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的效果[2-3]。

2 462汽油機(jī)BOOST模型的建立

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

2.2 BOOST發(fā)動(dòng)機(jī)模型的建立

圖1 BOOST模型圖

圖1 為建立的BOOST模型圖，其中參數(shù)選擇中，Species Transport選擇的是Classic，而不是General。而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是指曲軸轉(zhuǎn)速，本文是穩(wěn)態(tài)模擬，故發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為定值。計(jì)算模式有兩種：Single calculation和Animation。前者用于發(fā)動(dòng)機(jī)單一運(yùn)行點(diǎn)的計(jì)算，后者為循環(huán)計(jì)算提供用BOOST后處理器制作的結(jié)果動(dòng)畫展示的一種特殊輸出方式。氣體性質(zhì)有可變的、混合不變的、不變的三種。本次采用可變氣體性質(zhì)，這意味著系統(tǒng)任意位置氣體性質(zhì)取決于真實(shí)氣體組分、真實(shí)壓力和真實(shí)溫度。

3 仿真結(jié)果分析

Vibe函數(shù)的形狀參數(shù)m值主要決定該函數(shù)形狀，通過對(duì)測(cè)得的放熱曲線用最小二乘法得到形狀參數(shù)，反映了燃燒過程中有效活化中心相對(duì)密度隨時(shí)間而變化的特性參數(shù)，它可以確定燃燒過程進(jìn)展的性質(zhì)，所以稱為燃燒品質(zhì)指數(shù)；同時(shí)在燃燒速度曲線dx/dφ上，形狀參數(shù)m值的變化描繪出燃燒速度曲線形狀的變化，所以又稱為形狀參數(shù)或形狀系數(shù)。

下面是本文用數(shù)值模擬的方法，對(duì)形狀參數(shù)m值做了更深入的研究。

圖2 燃燒過程形狀參數(shù)m對(duì)最大壓力升高率的影響

從圖2可以看出，形狀參數(shù)m值和最大壓力升高率呈負(fù)相關(guān)。形狀參數(shù)m 值增大，則其初期放熱量減小，壓力升高率減小，燃燒柔和；若形狀參數(shù)m 值減小，則初期放熱量較多，壓力升高率較大，工作粗暴。

下面三張圖表說明了形狀參數(shù)m值對(duì)燃燒放熱率的影響：

圖3 m=1.4時(shí)的燃燒放熱率

圖4 m=1.5時(shí)的燃燒放熱率

圖5 m=1.6時(shí)的燃燒放熱率

將圖3、4、5對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，形狀參數(shù)m值并不改變?nèi)紵键c(diǎn)、燃燒持續(xù)時(shí)期，只是影響燃燒放熱率曲線的形狀，m值越大，最大放熱率點(diǎn)、燃燒中心離壓縮上止點(diǎn)越遠(yuǎn)，初期放熱率也越慢。

4 總結(jié)

本文基于AVL公司的BOOST軟件對(duì)462汽油機(jī)的燃燒過程進(jìn)行了研究，建立了零維燃燒模型，并對(duì)形狀參數(shù)m值進(jìn)行數(shù)值模擬，運(yùn)行得到的結(jié)果比較符合理論預(yù)測(cè)，所以建立的模型和實(shí)際燃燒過程匹配較好。

[1]鐘春敏.內(nèi)燃機(jī)燃燒過程數(shù)學(xué)模擬的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].武漢：湖北大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（6）:P1～4.

[2]李岳林,袁翔,曾昭茂,徐小林.汽油機(jī)燃燒過程的數(shù)值模擬[J].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999(3).P54～55.

[3]李岳林,張雨,萬力,沈文,郭曉汾.汽油機(jī)多區(qū)燃燒模型的建立及應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2002(3):P64～70.