[发明专利]一种船用柴油机多次喷射喷雾贯穿距预测方法

说明书

本发明的目的在于提供一种船用柴油机多次喷射喷雾贯穿距预测方法，本发明基于动量定理，通过计算多次喷射喷油率，将喷孔处燃油喷射速度作为边界条件，进行一维离散控制体内喷雾参数的迭代求解。根据喷雾控制体卷吸率的轴向分布依次找出各子喷雾的尖端控制体，通过比较筛选出序号最大的尖端喷雾控制体，然后结合控制体轴向长度计算出整体喷雾贯穿距。本发明可实现任意喷射次数和复杂喷油率的多次喷射喷雾贯穿距预测，应用对象的喷射次数和喷油率变化不受限制；避免了卷吸波传播的计算以及喷雾贯穿距在各个喷油持续期和喷油间隔内受卷吸波作用下的分段计算，同时也规避了变喷油率条件下卷吸波传播和瞬态喷雾贯穿距变化的解析式未知的困扰。

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机燃油喷射与喷雾方法，具体地说是柴油机燃油喷射与喷雾预测方法。

背景技术

随着排放法规日益严格，多次喷射技术在柴油机上应用广泛。该技术通过对喷油次数、喷油量和喷油间隔的灵活调节以及对喷油速率柔性控制，实现了燃烧过程中油气的合理组织分配，有效地降低了燃油消耗率，削弱了循环应力、振动和噪声，并在提高柴油机性能的同时显著减少了NO_x和PM等污染物的排放。

喷雾贯穿距对柴油机影响很大，贯穿距不当不仅会恶化缸内油气混合、燃烧和排放，还会增加燃烧室热负荷。柴油机的多次喷射策略进一步加剧了喷雾发展的复杂性，使得掌握贯穿距的变化规律至关重要。而多次喷射喷雾贯穿距的实验研究往往需要先进的喷射设备和高精度的可视化测量装置，周期长、成本高，因此应用计算软件预测多次喷射喷雾贯穿距具有重要意义。

目前多次喷射喷雾贯穿距的仿真预测主要依靠CFD和现象学模型。CFD计算时间长，标定过程复杂，精度易受很多因素影响。而现有的现象学模型只适用于恒定喷油率条件(多矩形喷油率曲线)下的多次喷射喷雾贯穿距预测，主要基于分段计算思想，首先利用经典稳态喷雾模型，计算出第一段喷油持续期内喷雾贯穿距的解析解，然后采用经验公式得到第一个喷油间隔内卷吸波的传播规律及受卷吸波影响的瞬态喷雾贯穿距的解析式。在之后每个喷油脉冲内都需要结合稳态喷雾特性和卷吸波传播影响，推导出独立的贯穿距解析式。该方法计算过程复杂，目前只得到双方波脉冲下的喷雾贯穿距解析式，三次及以上喷射次数的多次喷射喷雾贯穿距的预测问题仍亟待解决。另外由于变喷油率条件(三角形或梯形喷油曲线)下的卷吸波传播规律还未知，目前的现象学模型在多次喷射领域的应用范围十分狭窄，无法满足高喷射次数、复杂喷油率的多次喷射喷雾贯穿距预测需要。

发明内容

本发明的目的在于提供能实现任意喷油率条件下多次喷射喷雾贯穿距的快速稳健预测的一种船用柴油机多次喷射喷雾贯穿距预测方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船用柴油机多次喷射喷雾贯穿距预测方法，其特征是：

(1)从多次喷射喷油曲线上提取特征点；

(2)根据三角形相似定理，计算多次喷射喷油曲线上的两个相邻特征点(t_k，)和(t_k+1，)之间的t时刻的喷油率：根据t时刻的喷油率喷孔直径D、燃油密度ρ和喷孔流量系数计算喷孔处燃油喷射速度u₀：

(3)采用动量定理以喷孔处燃油喷射速度u₀为边界条件，根据环境气体密度ρ_a(t)、控制体截面平均速度控制体出口截面A_i以及截面平均燃油体积分数计算各个喷雾控制体里卷吸率

(4)从第1个喷雾控制体开始，依次判断控制体的卷吸率是否等于0，如果i是第一个巻吸率为0的控制体，那么控制体i-1则为第1个子喷雾的尖端，i＝1,2，…,N，其中N为设置的离散控制体的个数；