内燃机循环间性能波动机理的大涡模拟研究

基本信息
批准号:51306209
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:张磊
学科分类:
依托单位:中国石油大学(北京)
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张海峰,邱岳峰,李世尧,侯虎灿,李猛,张洪笙
关键词:
内燃机喷雾亚网格模型大涡模拟燃烧
结项摘要

In the multidimensional simulation of internal combustion (IC) engines, large eddy simulation (LES) has the potential to improve the accuracy of simulation and perform more extensive study compared to Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) modeling approaches. Since complex phenomena such as spray and combustion exist in the cylinder, the theory of engine simulation using LES should be in the context of very large eddy simulation (VLES) to reduce the requirement on grid resolution. In this case, complex subgrid scale models for turbulence, spray, and combustion are required. For the subgrid turbulence effects, subgrid scale stress models based on the transport equation of subgrid kinetic energy need to be used. The combustion simulation in LES mostly applies the models that have been successfully used in RANS, but an adaptation of the models is usually required for such application. Specifically, for the combustion models, a subgrid turbulence timescale is usually needed from the turbulent flow field to properly consider the interaction between turbulence and combustion. In this project, the ways to obtain various forms of subgrid turbulent timescales based on the subgrid turbulent kinetic energy will be first studied. The liquid spray also can have strong interactions with the small turbulence structures at the subgrid scale. For the Eulerian-Lagrangian approach of liquid spray simulation, this project tries to find a correct expression for subgrid velocity at the drop location to evaluate the momentum and energy exchange between the drops and gas phase. Besides that, methods to evaluate the effect of the subgrid turbulence intensity on the vaporization, breakup, and collision of liquid drops will also be investigated to reduce the dependency of results on grid resolution. Since the combustion in IC engines does not easilly fall into the category of premixed or diffusion mode and may occur in multiple modes, the idea of multimode combustion simulation will be used in the simulation of the combustion processes. The key of multimode combustion simulation is to designite appropriate parameters to identify the mixing state of fuel-air mixture and predict the swiching between the modes. Values of the parameters, at which the swiching happens, are also of great interest. The subgrid scale models obtained in this project will be used to perform the large eddy simulation of IC engines in multiple consecutive cycles. Since open boundary conditions are involved in the multicycle simulation and the boundary flow perturbation can significantly affect the combustion, methods to correctly evaluate the perturbations on the inflow and outflow boundaries will be developed. The goal of the multicycle engine simulation is to study the mechanism of several factors, for example, the change in the flow field near the injector nozzle or spark plug, causing the cycle-to-cycle variabilities of the combustion processes and overall performance of IC engines.

本项目拟在极大涡模拟的理论框架内,通过研究更为细致和复杂的亚网格模拟模型,提高气缸内的流动、喷雾和燃烧的数值模拟的准确度并减少大涡模拟计算对于网格密度的依赖,最终完善内燃机的大涡模拟理论。针对燃烧的模拟着重讨论根据亚网格湍动能为燃烧模型给出亚网格湍流时间尺度的方法,以准确考虑湍流与燃烧化学反应在亚网格尺度的相互作用。对于喷雾的模拟则重点研究气相在液滴当地位置的亚网格速度的具有统一物理意义的表达方法,用于衡量液滴和气相在亚网格尺度的动量和能量交换,同时探讨亚网格湍流对于液滴蒸发、碰撞和破裂的影响机理及相关计算方法。尝试利用多燃烧模式的思想模拟内燃机的燃烧,即对燃料-空气混合情况所决定的具体燃烧模式采用对应的燃烧模型,并重点研究计算燃烧模式之间转换的方法。在此基础上,对直喷汽油机或柴油机进行多循环的数值模拟,研究非稳态开放边界条件的给出方法以及多种因素造成内燃机循环间燃烧过程和性能波动的机理。

项目摘要

柴油机气缸内流动及喷雾燃烧的数值模拟是研究其性能的重要技术手段。由于大涡模拟较雷诺平均能够有效改进湍流数值模拟的精度,本项目组在极大涡模拟的理论框架内,围绕柴油机气缸内液态燃料的喷雾和燃烧的大涡模拟,开展了一系列研究工作。首先,针对喷雾的模拟,研究了液滴所在位置气相亚网格速度的表述方法,用于计算液滴和周围气体在亚网格尺度上的动量和能量交换,并将其体现在亚网格湍动能输运方程的源项中。在KIVA-4程序中植入了常系数、动态结构等亚网格模型,研究了柴油喷雾过程的不同模型的大涡模拟结果对于网格密度的依赖,分析了模拟结果较雷诺平均方法的改进。在此基础上,项目组在程序中进一步植入基于正庚烷的复杂燃烧反应机理的燃烧模型,并与上述多种亚网格模型实现了耦合,对恒定容积燃烧室内的柴油喷雾燃烧进行模拟。结果表明,所得碳烟和温度的分布相对于雷诺平均结果呈现明显的随机性和不规则性,其中动态结构模型的结果较好地与实验数据吻合。其次,探讨了高精度数值格式应用于KIVA的大涡模拟。采用ROE通量差分法结合MUSCL的高阶迎风格式,对简单几何形状计算域内的气体流动进行了模拟和分析,讨论了高阶计算格式对模拟结果的改进。再次,考虑到柴油由200~300种碳氢化合物混合而成,项目组基于连续热力学方法对其建立多组分蒸发模型,在液滴表面采用拉乌尔定律计算气-液相平衡,所得模型应用于单个液滴蒸发的模拟,结果与实验数据很好地吻合。另外,考虑到柴油机实际工作条件下较高的缸压,进一步探索基于高压条件下的相平衡的多组分蒸发模型。最后,针对柴油机建立了包含气缸盖和活塞的流-固耦合计算网格,并进行了多循环的数值模拟研究。为提高计算效率,利用信息传递接口(MPI)对程序进行并行化处理,所得并行KIVA-4程序可以有效地减少柴油机数值模拟的计算时间。项目资助发表SCI论文1篇,中文核心1篇,会议论文1篇,此外还有一篇SCI论文在审。培养博士生1名,硕士生1名。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
2

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
3

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.09.026
发表时间:2020
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

DOI:
发表时间:2020

张磊的其他基金

批准号:81100302
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31770121
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61705002
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41301189
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50501022
批准年份:2005
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51808421
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600807
批准年份:2006
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11601518
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21876077
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:61103159
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31160249
批准年份:2011
资助金额:54.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21307070
批准年份:2013
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41371361
批准年份:2013
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:81903798
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31801599
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81300941
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81860622
批准年份:2018
资助金额:35.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:41871229
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:81100941
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30871597
批准年份:2008
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:31471202
批准年份:2014
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:41804164
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60907036
批准年份:2009
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61101073
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21801059
批准年份:2018
资助金额:27.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81771132
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:61103190
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61901104
批准年份:2019
资助金额:24.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21673238
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:61601458
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30801537
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71003097
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91961108
批准年份:2019
资助金额:80.00
项目类别:重大研究计划
批准号:31700595
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51704274
批准年份:2017
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81760392
批准年份:2017
资助金额:33.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51603219
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41703009
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81201554
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41102032
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100001
批准年份:2011
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81200949
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81401370
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51306184
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30370894
批准年份:2003
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:61771079
批准年份:2017
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:21672020
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:81270595
批准年份:2012
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81300934
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51278518
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:61204061
批准年份:2012
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81873721
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:21801235
批准年份:2018
资助金额:27.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10802098
批准年份:2008
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11605109
批准年份:2016
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31860342
批准年份:2018
资助金额:41.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11771260
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:61803027
批准年份:2018
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11704232
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:18870421
批准年份:1988
资助金额:0.80
项目类别:面上项目
批准号:81300584
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81800463
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21606088
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51609264
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41803011
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11401358
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21605082
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81200925
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600238
批准年份:2006
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81501008
批准年份:2015
资助金额:17.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100788
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61502001
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81472988
批准年份:2014
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:61401048
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41901340
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31670292
批准年份:2016
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:61902257
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51702165
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21572254
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:41561071
批准年份:2015
资助金额:43.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11901138
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61572198
批准年份:2015
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:81573814
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81801691
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100931
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51909092
批准年份:2019
资助金额:24.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81802790
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51678243
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:41601573
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11871198
批准年份:2018
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:21406161
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61771372
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:41774023
批准年份:2017
资助金额:69.00
项目类别:面上项目
批准号:31570912
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61571239
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51475276
批准年份:2014
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:71373261
批准年份:2013
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:31400486
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61205195
批准年份:2012
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61472035
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81502900
批准年份:2015
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51142006
批准年份:2011
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:61402149
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21301097
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81803343
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11226075
批准年份:2012
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:31671061
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:19271026
批准年份:1992
资助金额:2.00
项目类别:面上项目
批准号:51776204
批准年份:2017
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:81470302
批准年份:2014
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81400193
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41502262
批准年份:2015
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21507018
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11401183
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11701198
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11774279
批准年份:2017
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:51205227
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51778142
批准年份:2017
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:81473635
批准年份:2014
资助金额:74.00
项目类别:面上项目
批准号:11504287
批准年份:2015
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50808083
批准年份:2008
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41101094
批准年份:2011
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51508455
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21871022
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:31371707
批准年份:2013
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:61275217
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51401102
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71874187
批准年份:2018
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:11426216
批准年份:2014
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:51509054
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21808025
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81671026
批准年份:2016
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:31571741
批准年份:2015
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:51609251
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21875100
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:21707034
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41502014
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81702489
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51177172
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:51302052
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61101128
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31770536
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:51875556
批准年份:2018
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:40806035
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11602085
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41465004
批准年份:2014
资助金额:55.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11205241
批准年份:2012
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61202465
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50908054
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61563044
批准年份:2015
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61571147
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:60906018
批准年份:2009
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61672527
批准年份:2016
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:61300020
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60702053
批准年份:2007
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39970928
批准年份:1999
资助金额:13.00
项目类别:面上项目
批准号:51508136
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61672446
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:81803573
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41304011
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31371608
批准年份:2013
资助金额:77.00
项目类别:面上项目
批准号:21701024
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81102140
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50908203
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81700430
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81503680
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11604256
批准年份:2016
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41807421
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61604021
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51805144
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61505229
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31900506
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61301280
批准年份:2013
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21703269
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81301533
批准年份:2013
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61772069
批准年份:2017
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:21501176
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41101472
批准年份:2011
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

循环流化床煤燃烧的大涡模拟研究

批准号:50976098
批准年份:2009
负责人:罗坤
学科分类:E0604
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
2

内燃机排气流动结构与能量耗散机制的高精度大涡模拟研究

批准号:51606154
批准年份:2016
负责人:王跃
学科分类:E0602
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

海底浊流的流动及其沉积机理的大涡模拟研究

批准号:41376071
批准年份:2013
负责人:黄河清
学科分类:D0603
资助金额:77.00
项目类别:面上项目
4

圆柱横向流的大涡模拟

批准号:19442001
批准年份:1994
负责人:苏铭德
学科分类:A0910
资助金额:4.00
项目类别:专项基金项目