高功率密度柴油机快速混合燃烧机理的基础研究

本项目以高功率密度柴油机为研究对象，对高功率密度柴油机工作过程中的几个关键问题开展研究。应用气液两相流大涡模拟方法对高功率密度柴油机的燃油蒸发过程进行研究，对其密集喷雾的蒸发特性及影响因素进行深入探讨和分析。开展高功率密度柴油机油气快速混合机理的研究，分析燃烧系统参数对缸内流动和油气混合特性的影响，探讨实现油气快速混合的途径。构建燃烧过程中间特征参数，明确燃烧过程各环节之间的耦合作用机制。基于理论分析对高功率密度柴油机的湍流燃烧机理开展研究，并对RIF小火焰模型进行修正。进行高功率密度柴油机燃烧过程中的火焰结构及发展特性实验研究。开展对高功率密度柴油机快速混合及燃烧机理的研究将有助于高功率密度柴油机的研制和开发，加深对高功率密度柴油机燃烧过程的理解，具有重要的理论意义和工程实用价值。

本项目以高功率密度柴油机为研究对象，对其工作过程中的几个关键问题开展了研究。研究工作按研究计划要点执行，完成了全部研究内容。在引入浓度梯度蒸发源项和考虑Stefan流动效应的基础上，采用气液两相流大涡模拟方法研究了燃油液滴和密集喷雾场内液滴群的蒸发机理，通过开展流动特性、环境温度和压力等因素对燃油单液滴和液滴群蒸发过程作用机制的研究，研究表明密集喷雾场内的液滴群会通过改变液滴周围的微流场、燃油组分浓度及温度分布来影响邻近液滴的蒸发速率，进而改变密集喷雾场的传热传质特性。研究了高背压条件下燃油雾化特性和缸内流场的改变对微尺度湍流的形成、发展过程及空间分布的影响。分析了高背压条件下的油气混合特性及其影响因素。探讨了实现高功率密度柴油机的缸内实现油气快速混合的途径。采用数值模拟方法研究了高功率密度柴油机缸内流动和组分分布特性的改变对湍流燃烧机理的影响。分析了进气流动参数和组分分布对燃烧特性的影响。分析了密集喷雾对火焰结构、温度分布及燃油蒸气组分分布的影响规律，研究表明油气混合气的形成速率及空间输运特性是影响高功率密度柴油机燃烧速率的关键因素之一。构建了描述高功率密度柴油机燃烧过程各子环节特性的中间特征参数，研究了燃油蒸发、油气混合、燃烧等子环节之间的影响规律，量化描述了燃烧系统参数对燃烧子环节的影响，探讨了各子环节之间的耦合作用机制。采用高速摄影技术对高功率密度柴油机的高压燃油喷雾发展特性进行了实验研究，分析了高压燃油喷雾的近场喷雾特性和宏观特性。培养了6名博士研究生和10名硕士研究生。在国内外学术期刊和国际/国内学术会议上发表了21篇论文，其中国际期刊论文1篇（已录用，SCI检索期刊），EI检索论文10篇。