一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法技术

本发明专利技术属于预测方法，具体涉及一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法。它包括下述内容：步骤1，确定公式；步骤2，两种模态放热率归一化换算；步骤3，两种模态归一化燃料消耗率计算；步骤4，两种模态蒸发速率计算；步骤5，总燃料蒸发速率计算。本发明专利技术的显著效果是：(1)本发明专利技术利用蒸发速率主控燃烧速率很大程度上还原了真实的燃烧过程；(2)复现了实际的喷油、蒸发和燃烧的时间逻辑关系；(3)可以用于对多种工况下柴油机燃烧放热率的快速预测。种工况下柴油机燃烧放热率的快速预测。种工况下柴油机燃烧放热率的快速预测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法


[0001]本专利技术属于预测方法，具体涉及一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法。

技术介绍

[0002]在柴油机燃烧系统的研究领域中，燃烧模型的使用十分普遍，其可以用于在研发实机之前，对燃烧放热规律及产物等相关物理量进行仿真计算，由此对燃烧系统性能进行预测和优化，可以大幅降低开发实际燃烧系统的资金和时间成本。
[0003]柴油机燃烧模型主要分为两类，一种是非预测模型，其中大部分均为零维模型，即缸内物理量以均匀分布计算，例如Wiebe燃烧模型，其优点是计算简单，但其仅给定了放热率的控制函数，而所有系数均需要人为设定，这使其仅适用于已有实验数据，从而可以对系数进行标定的情况下，因此无法实现预测的功能；另一种是预测模型，其中一部分为零维模型，例如Watson燃烧模型，其系数均可以利用具有一定物理含义的半经验公式表达出来，从而实现了对多种工况下放热率的预测，但其忽略了真实燃烧过程中喷油、蒸发和燃烧的时间逻辑关系，因此无法准确地复现燃烧过程，计算准确度较低。另一部分则为准维模型，即缸内物理量以不均匀分布计算，例如广安博之和康明斯燃烧模型，此方法是将缸内物理量分区计算，每个小区内物理量仍是均匀分布的，用一系列数学模型复现了真实的燃烧过程，此预测方法较为精确，但操作极其复杂。
[0004]因此，目前迫切需要一种操作简单，计算快速，预测准确，且可以复现真实燃烧过程中喷油、蒸发及燃烧时间逻辑关系的柴油机燃烧放热率预测方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术的缺陷，提供一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法。
[0006]本专利技术是这样实现的：一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法，其中，包括下述内容：
[0007]步骤1，确定公式；
[0008]步骤2，两种模态放热率归一化换算；
[0009]步骤3，两种模态归一化燃料消耗率计算；
[0010]步骤4，两种模态蒸发速率计算；
[0011]步骤5，总燃料蒸发速率计算。
[0012]如上所述的一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法，其中，所述的步骤1包括
[0013]将实际燃烧放热率等效为两种燃烧模态的放热率之和，两种燃烧模态分别为预混燃烧和扩散燃烧模态，
[0014][0015]其中为实际燃烧放热率；为预混燃烧模态的放热率；为扩散燃烧模态的放热率，上述单位均为J/s。
[0016]如上所述的一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法，其中，所述的步骤2包括
[0017]利用蒸发速率主控燃烧速率，由此分别将步骤1中以时间计的两种燃烧模态放热率和展开为带有各自归一化燃烧消耗率和的公式，具体公式如下，以下各式中的i可为p表征预混燃烧物理量或d表征扩散燃烧物理量，
[0018][0019]其中为以时间计的两种燃烧模态燃烧放热率，其中i是p或者d，当i是p时就是当i是d时就是单位J/s；Hu为所选燃料的质量低位热值，单位J/g；为归一化的两种燃烧模态的燃料消耗率，无量纲；为以时间计的两种燃烧模态的燃料蒸发速率，单位g/s。
[0020]如上所述的一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法，其中，所述的步骤3包括
[0021]两种模态归一化燃料消耗率利用Watson公式计算，计算公式如下：
[0022]预混燃烧模态：
[0023][0024]扩散燃烧模态：
[0025][0026]其中，为无量纲曲轴转角因子，式中为曲轴转角，为着火时刻，为燃烧持续期，单位均为
°
CA。由于上式将真实曲轴转角无量纲化，在此式中值均不需要输入，而τ值会在0至1之间变化，作为输入的因变量。
[0027]上述各系数推荐公式如下，C1＝1.78+(1.25
×
10
‑8)(rpm
·
t
ig
)
2.4
，其中rpm为转速，单位为r/min，需要根据工况输入；t
ig
为以时间计的滞燃期，单位为ms，具体计算公式如下：
[0028]滞燃期分为化学和物理滞燃期两部分，化学滞燃期使用Hardenberg
‑
Hase公式，公式如下所示：
[0029][0030]其中，t
ig,ch
为化学滞燃期，单位为ms；v
m
为活塞平均速度，单位为m/s，需要根据实际发动机结构参数输入；rpm为转速，单位为r/min，需要根据选定工况输入；为活化能，单位为kJ/mol，其中CN为十六烷值，需要根据选定燃料输入；R＝287为气体状态常数，单位为kJ/(kg
·
K)；T为缸内的实时温度，单位为K，利用发动机性能计算程序实时提供，可自主编程或使用第三方软件获得，
[0031]物理滞燃期使用Garcia公式，公式如下：
[0032]t
ig,ph
＝(3.5
×
10
12
)d
nozzle
p
inj
‑
0.5
ρ
‑
0.3
T
‑
3.3
[0033]其中，t
ig,ph
为物理滞燃期，单位为ms；d
nozzle
为喷孔直径，单位为mm，需要根据选定喷嘴型号输入；p
inj
为喷油压力，单位pa，需要根据选定喷油系统型号输入；ρ为缸内环境密度，单位为kg/m3，可利用进气充量与初始容积之比计算得到，T为缸内的实时温度，单位为K，利用发动机性能计算程序实时提供，可自主编程或使用第三方软件得到，
[0034]由于在滞燃期内缸内容积的变化导致缸温与缸压也是变化的，因此利用Livengood
‑
Wu积分计算缸内热力状态变化情况下的滞燃期，计算公式如下：
[0035][0036]其中，t
inj
为喷油时刻，单位为ms，根据选定喷油正时输入；t
burn
为着火时刻，单位为ms；t
ig,ch
与t
ig,ph
将上述化学和物理滞燃期代入进行积分计算，单位均为ms，通过上述即可计算出滞燃期t
ig
＝t
burn
‑
t
inj
，单位为ms，
[0037]C1'＝14.2φ
ig
‑
0.644
，φ
ig
为着火时刻缸内的平均当量比，着火时刻缸内的平均当量比计算公式如下：
[0038][0039]其中，为喷油速率，单位为g/s，根据实验数据输入；m
air
为缸内空气质量，单位为g，根据实验数据输入；FAR0为理论燃空比，根据选定空燃比输入，
[0040]其余各系数推荐取值如下，C2＝5000；C3＝1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法，其特征在于，包括下述内容：步骤1，确定公式；步骤2，两种模态放热率归一化换算；步骤3，两种模态归一化燃料消耗率计算；步骤4，两种模态蒸发速率计算；步骤5，总燃料蒸发速率计算。2.如权利要求1所述的一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法，其特征在于：所述的步骤1包括将实际燃烧放热率等效为两种燃烧模态的放热率之和，两种燃烧模态分别为预混燃烧和扩散燃烧模态，其中为实际燃烧放热率；为预混燃烧模态的放热率；为扩散燃烧模态的放热率，上述单位均为J/s。3.如权利要求2所述的一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法，其特征在于：所述的步骤2包括利用蒸发速率主控燃烧速率，由此分别将步骤1中以时间计的两种燃烧模态放热率和展开为带有各自归一化燃烧消耗率和的公式，具体公式如下，以下各式中的i可为p表征预混燃烧物理量或d表征扩散燃烧物理量，其中为以时间计的两种燃烧模态燃烧放热率，其中i是p或者d，当i是p时就是当i是d时就是单位J/s；Hu为所选燃料的质量低位热值，单位J/g；为归一化的两种燃烧模态的燃料消耗率，无量纲；为以时间计的两种燃烧模态的燃料蒸发速率，单位g/s。4.如权利要求3所述的一种基于蒸发过程的柴油机燃烧放热率预测方法，其特征在于：所述的步骤3包括两种模态归一化燃料消耗率利用Watson公式计算，计算公式如下：预混燃烧模态：
扩散燃烧模态：其中，为无量纲曲轴转角因子，式中为曲轴转角，为着火时刻，为燃烧持续期，单位均为
°
CA。由于上式将真实曲轴转角无量纲化，在此式中值均不需要输入，而τ值会在0至1之间变化，作为输入的因变量；上述各系数推荐公式如下，C1＝1.78+(1.25
×
10
‑8)(rpm
·
t
ig
)
2.4
，其中rpm为转速，单位为r/min，需要根据工况输入；t
ig
为以时间计的滞燃期，单位为ms，具体计算公式如下：滞燃期分为化学和物理滞燃期两部分，化学滞燃期使用Hardenberg
‑
Hase公式，公式如下所示：其中，t
ig,ch
为化学滞燃期，单位为ms；v
m
为活塞平均速度，单位为m/s，需要根据实际发动机结构参数输入；rpm为转速，单位为r/min，需要根据选定工况输入；为活化能，单位为kJ/mol，其中CN为十六烷值，需要根据选定燃料输入；R＝287为气体状态常数，单位为kJ/(kg
·
K)；T为缸内的实时温度，单位为K，利用发动机性能计算程序实时提供，可自主编程或使用第三方软件获得，物理滞燃期使用Garcia公式，公式如下：t
ig,ph
＝(3.5
×
10
12
)d
nozzle
p
inj
‑
0.5
ρ
‑
0.3
T
‑
3.3
其中，t
ig,ph
为物理滞燃期，单位为ms；d
nozzle
为喷孔直径，单位为mm，需要根据选定喷嘴型号输入；p
inj
为喷油压力，单位pa，需要根据选定喷油系统型号输入；ρ为缸内环境密度，单位为kg/m3，可利用进气充量与初始容积之比计算得到，T为缸内的实时温度，单位为K，利用发动机性能计算程序实时提供，可自主编程或使用第三方软件得到，由于在滞燃期内缸内容积的变化导致缸温与缸压也是变化的，因此利用Livengood
‑
Wu积分计算缸内热力状态变化情况下的滞燃期，计算公式如下：其中，t
inj
为喷油时刻，单位为ms，根据选定喷油正时输入；t
burn
为着火时刻，单位为ms；t
ig,...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晗，张泽宇，繆升，石智成，李向荣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：