内燃机数值模拟与优化

　　内燃机数值模拟是计算流体力学在内燃机领域里的延伸，这一新技术正快速发展并成为现代内燃机研究与开发不可缺少的手段。《内燃机数值模拟与优化》一书介绍了内燃机数值模拟及优化的基本理论和*新进展。主要内容分三个部分：第一，内燃机燃烧过程的基本理论和数值模拟的基本数学描述；第二，内燃机中湍流、喷雾、燃烧和污染物生成等现象的物理化学模型；第三，数值模拟在内燃机燃烧系统开发和设计优化中的应用。《内燃机数值模拟与优化》在理论上反映了近年来在数值模型方面取得的主要研究成果，内容侧重体现模型的实用性；在应用方面，结合作者在此领域长期的研究成果和经验积累，给出了许多针对新型发动机关键设计问题的优化应用实例。

　　韩志玉 本书作者在20世纪90年代初在美国威斯康星大学麦迪逊分校发动机研究中心（ERC）攻读博士学位，并开始进入内燃机数值模拟领域，在内燃机湍流、传热、喷雾破碎、喷雾碰壁等方面提出了一些原创性物理模型，并得到了较为广泛的应用。作者在美国福特汽车公司福特研究实验室（FRL）工作时，与团队一起开发了公司内部发动机多维模型MESIM的前期版本，建立了公司内部发动机燃烧CFD前置设计优化的方法，把数值模拟技术应用于直喷汽油机等新型燃烧技术的研究与开发中，并取得了很好的成果。回国后，作者在湖南大学、同济大学指导研究生，继续开展内燃机数值模拟方面的理论研究和企业应用推广工作。本书体现了作者在内燃机数值模拟领域里的研究成果和经验积累。本书作者的研究成果也连续多年使其位居爱思唯尔高被引科学家之列。

目录

前言
主要缩写用词
主要符号定义
第1章 绪论……1
1.1 汽车发动机的近期发展与未来展望……2
1.2 内燃机多维数值模拟的作用……9
参考文献……14
第2章 内燃机燃烧的基本理论……19
2.1 热力过程分析……19
2.2 汽油机的混合气形成和燃烧……26
2.3 柴油机燃烧……35
2.4 先进的低温燃烧概念……39
参考文献……46
第3章 喷雾化学反应流体的数学描述……50
3.1 控制方程和喷雾方程……50
3.1.1 气相控制方程……50
3.1.2 喷雾方程……52
3.2 数值计算方法……54
3.3 边界条件……57
3.3.1 一般性描述……57
3.3.2 速度对数壁函数……59
3.3.3 温度壁函数和壁面传热……61
参考文献……66
第4章 内燃机缸内湍流……69
4.1 往复式内燃机的湍流特性……69
4.1.1 缸内流动……69
4.1.2 湍流尺度……74
4.2 雷诺平均(RANS)方法和经典k-ε模型……79
4.2.1 RANS方法……79
4.2.2 经典k-ε模型……81
4.3 重整化群(RNG)k-ε模型……83
4.3.1 RNG方法……83
4.3.2 变密度流体RNGk-ε模型……85
4.3.3 RNGk-ε模型的其它变形……90
4.4 大涡模拟(LES)…… 91
4.4.1 LES方法和亚网格模型……91
4.4.2 内燃机模拟示例……96
参考文献……104
第5章 燃油喷雾……110
5.1 一般性描述……110
5.1.1 多维喷雾模拟……110
5.1.2 喷雾的结构参数……113
5.2 燃油破碎雾化……116
5.2.1 燃油喷射的数值处理……116
5.2.2 液柱射流的破碎雾化……118
5.2.3 液膜的破碎雾化……122
5.3 油滴动力学……128
5.3.1 二次破碎……128
5.3.2 碰撞和聚合……131
5.3.3 运动阻力?变形和湍流扩散……134
5.4 燃油蒸发……135
5.4.1 单组分蒸发模型……135
5.4.2 多组分蒸发模型……139
5.5 喷雾碰壁现象……145
5.5.1 喷雾碰壁的形态……146
5.5.2 碰壁结果的模型……151
5.5.3 壁面油膜动力学与传热……160
参考文献……170
第6章 燃烧与污染物生成……179
6.1 概述……179
6.2 特征时间模型……182
6.2.1 模型构建……182
6.2.2 柴油机燃烧模拟……184
6.3 小火焰面方法……188
6.3.1 水平集G方程……189
6.3.2 火花点燃发动机燃烧模拟……191
6.4 亚网格直接化学反应方法……194
6.4.1 方法描述……194
6.4.2 均质压燃(HCCI)燃烧模拟……198
6.5 化学反应动力学机理及简化……201
6.6 点火和着火模型……205
6.6.1 火花点燃……205
6.6.2 压缩着火……207
6.7 氮氧化物和碳烟排放的生成模型……208
参考文献……214
第7章 优化直喷汽油机燃烧……222
7.1 先进的燃烧开发方法……222
7.1.1 模拟引导的方法……222
7.1.2 优化算法概述……228
7.2 常用的内燃机计算流体力学程序和软件……229
7.3 直喷汽油机的喷雾刻画……231
7.4 壁面引导直喷系统的油气混合……240
7.4.1 均匀混合气的形成……240
7.4.2 分层混合气的形成……248
7.5 燃油湿壁与碳烟及碳氢排放……254
7.6 喷雾引导直喷系统和增压直喷系统的油气混合……261
参考文献……270
第8章 优化柴油机和替代燃料发动机燃烧……275
8.1 直喷柴油机……275
8.1.1 降低排放的燃油多次喷射……275
8.1.2 螺旋气道和燃烧室形状……284
8.1.3 冷起动的排放……288
8.2 替代燃料发动机……293
8.2.1 火花点燃式天然气发动机……295
8.2.2 天然气-柴油双燃料RCCI燃烧……301
8.2.3 生物柴油的燃烧与NOx排放……309
参考文献……312