[发明专利]一种内燃机气缸内单燃油液滴蒸发速率的确定方法

说明书

本发明实施例提供了一种内燃机气缸内单燃油液滴蒸发速率的确定方法，包括：确定喷入内燃机气缸内的椭球形燃油液滴的在第一方向上的第一尺度和在第二方向上的第二尺度；基于椭球形燃油液滴的在第一方向上的第一尺度和在第二方向上的第二尺度，计算椭球形燃油液滴的体积、表面积和长径比；基于椭球形燃油液滴的体积或表面积，计算椭球形燃油液体的特征长度；基于所述长径比和所述特征长度，计算椭球形燃油液滴的传热强化因子；基于所述传热强化因子，计算内燃机气缸内的气体与椭球形燃油液滴之间对流传热的Nusselt数；基于所述第一尺度、所述第二尺度、所述传热强化因子和所述Nusselt数，计算椭球形燃油液滴的蒸发速率。

技术领域

本发明涉及燃烧学领域，具体涉及一种考虑到燃油液滴形变的内燃机气缸内单燃油液滴蒸发速率的确定方法。

背景技术

作为汽车的心脏，内燃机气缸内的燃烧品质直接影响着车辆的油耗、动力、排放和NVH性能。从理论上合理地描述液体燃料的燃烧特性，对于进一步发展液体燃料燃烧理论与技术具有重要的意义。液体燃料燃烧涉及多种复杂的物理和化学过程及其相互作用，包括气液多相流、对流传热和传质、非均质燃烧、辐射传热、气相湍流、气相湍流燃烧和化学反应动力学。

置于高温介质中的单个燃油液滴将依次进行蒸发、热解、裂化、着火和燃烧。Reynolds数小于20或Weber数小于2的燃油液滴通常为球形，故大多数燃油液滴的加热和蒸发模型都是基于燃油液滴为球形的假设。然而，在大多数工程应用中观察到的更高Reynolds数或Weber数的燃油液滴形状显然不是球形。PFI(进气口燃油喷射)发动机喷嘴处的Reynolds数范围为300至5000，而GDI(汽油直接喷射)发动机喷嘴处的Reynolds数范围为500至15000。由于燃油液滴表面的空气动力和燃油液滴内部再循环的共同作用，具有如此高Reynolds数的燃油液滴在流体介质中运动时倾向于从球状变形为非球状。燃油液滴的变形范围很宽，从扁平状到细长状。在燃料燃油液滴高速喷射到空气中的情况下，由于空气动力和内部再循环的作用，燃油液滴表面在喷射方向上存在较高的压差。燃油液滴沿该方向拉伸，并逐渐变形为扁长椭球。非球形态会影响燃油液滴的对流传热、加热、蒸发和燃烧。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑液滴形变的内燃机气缸内单燃油液滴蒸发速率的确定方法，并将其应用于内燃机气缸内燃油液滴的蒸发和燃烧的数值模拟中，用气体与椭球球形燃油液滴之间对流传热的传热强化因子，可将现有的球形燃油液滴蒸发理论进一步拓展应用于椭球形燃油液滴传热传质过程的分析，不仅使得对燃油液滴的蒸发和燃烧特性的描述更为接近实际，还可以为高燃烧效率内燃机的结构设计和参数设计提供重要的参考依据。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

本发明实施例提供了一种内燃机气缸内单燃油液滴蒸发速率的确定方法，包括：

确定喷入内燃机气缸内的椭球形燃油液滴的在第一方向上的第一尺度和在第二方向上的第二尺度；

基于椭球形燃油液滴的在第一方向上的第一尺度和在第二方向上的第二尺度，计算椭球形燃油液滴的体积、表面积和长径比；

基于椭球形燃油液滴的体积或表面积，计算椭球形燃油液体的特征长度；

基于所述长径比和所述特征长度，计算椭球形燃油液滴的传热强化因子；

基于所述传热强化因子，计算内燃机气缸内的气体与椭球形燃油液滴之间对流传热的Nusselt数；

基于所述第一尺度、所述第二尺度、所述传热强化因子和所述Nusselt数，计算椭球形燃油液滴的蒸发速率。

优选地，所述椭球形燃油液滴的体积V通过公式：

计算获得；

所述椭球形燃油液滴的表面积A通过公式：