燃烧模型的简化及机理解析

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：由于内燃机的燃烧过程受到湍流运动的影响，因此燃烧模型的选择必须考虑湍流对火焰面的扰动、扭曲及对火焰传播速度的加速作用，即要充分考虑火焰传播与湍流运动的耦合作用。将良好尺度中的燃烧视为发生在定压反应器中，初始条件取为单元内当前的物质和温度。EDC燃烧模型在湍流反应流动中能耦合详细的化学反应机理，但是计算开销很大。

燃烧模型主要有：组分运输模型、组分PDF传输模型、预混燃烧模型、部分预混燃烧模型、非预混燃烧模型。由于内燃机的燃烧过程受到湍流运动的影响，因此燃烧模型的选择必须考虑湍流对火焰面的扰动、扭曲及对火焰传播速度的加速作用，即要充分考虑火焰传播与湍流运动的耦合作用。常用的模型有：层流有限速率模型、涡耗散模型、有限速率/涡耗散模型、涡耗散概念模型。其中涡耗散概念（EDC）模型是涡耗散模型的扩展，可以在湍流流动中耦合详细的化学反应机理。它假定反应发生在小的湍流结构中，成为良好尺度。良好尺度的长度按下式模拟：

式中，*表示良好尺度数量；Cξ为容积率常数，Cξ=2.137 7；ν为运动黏度。

良好尺度的容积分率用ξ*3来计算，物质被假定在良好尺度内经过一个时间尺度反应。这个时间尺度为

式中，*表示良好尺度数量；Cξ为容积率常数，Cξ=2.137 7；ν为运动黏度。

良好尺度的容积分率用ξ*3来计算，物质被假定在良好尺度内经过一个时间尺度反应。这个时间尺度为

式中，Cτ为时间尺度常数，Cτ=0.408 2。

将良好尺度中的燃烧视为发生在定压反应器中，初始条件取为单元内当前的物质和温度。

EDC燃烧模型在湍流反应流动中能耦合详细的化学反应机理，但是计算开销很大。因而，只有在总体化学反应无法满足工程计算精度时才使用这一模型。在转子发动机的计算领域，简单一步反应被广泛应用于缸内燃烧化学反应的模拟，这主要是因为一步反应可大大节省计算时间并提高收敛速度。

式中，Cτ为时间尺度常数，Cτ=0.408 2。

将良好尺度中的燃烧视为发生在定压反应器中，初始条件取为单元内当前的物质和温度。