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內燃機數值模擬是計算流體力學在內燃機領域裡的延伸，這一新技術正快速發展並成為現代內燃機研究與開發不可缺少的手段。《內燃機數值模擬與優化》一書介紹了內燃機數值模擬及優化的基本理論和最新進展。主要內容分三個部分： ，內燃機燃燒過程的基本理論和數值模擬的基本數學描述；第二，內燃機中湍流、噴霧、燃燒和污染物生成等現象的物理化學模型；第三，數值類比在內燃機燃燒系統開發和設計優化中的應用。 《內燃機數值模擬與優化》在理論上反映了近年來在數值模型方面取得的主要研究成果，內容側重體現模型的實用性；在應用方面，結合作者在此領域長期的研究成果和經驗積累，給出了許多針對新型發動機關鍵設計問題的優化應用實例。本書結合理論與應用，可供動力機械與工程熱物理、機械工程、能源動力等學科的本科生和研究生學習，也可供在汽車發動機、混合動力、內燃機動力裝置等領域從事教學、科研、產品設計與開發等相關工作的科技人員和工程師參考借鑒。
第1章 緒論1 1.1 汽車發動機的近期發展與未來展望2 1.2 內燃機多維數值模擬的作用9 參考文獻14 第2章 內燃機燃燒的基本理論19 2.1 熱力過程分析19 2.2 汽油機的混合氣形成和燃燒26 2.3 柴油機燃燒35 2.4 的低溫燃燒概念39 參考文獻46 第3章 噴霧化學反應流體的數學描述50 3.1 控制方程和噴霧方程50 3.1.1 氣相控制方程50 3.1.2 噴霧方程52 3.2 數值計算方法54 3.3 邊界條件57 3.3.1 一般性描述57 3.3.2 速度對數壁函數59 3.3.3 溫度壁函數和壁面傳熱61 參考文獻66 第4章 內燃機缸內湍流69 4.1 往復式內燃機的湍流特性69 4.1.1 缸內流動69 4.1.2 湍流尺度74 4.2 雷諾平均(RANS)方法和經典k-ε模型79 4.2.1 RANS方法79 4.2.2 經典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 變密度流體RNGk-ε模型85 4.3.3 RNGk-ε模型的其它變形90 4.4 大渦模擬(LES) 91 4.4.1 LES方法和亞網格模型91 4.4.2 內燃機模擬示例96 參考文獻104 第5章 燃油噴霧110 5.1 一般性描述110 5.1.1 多維噴霧模擬110 5.1.2 噴霧的結構參數113 5.2 燃油破碎霧化116 5.2.1 燃油噴射的數值處理116 5.2.2 液柱射流的破碎霧化118 5.2.3 液膜的破碎霧化122 5.3 油滴動力學128 5.3.1 二次破碎128 5.3.2 碰撞和聚合131 5.3.3 運動阻力?變形和湍流擴散134 5.4 燃油蒸發135 5.4.1 單組分蒸發模型135 5.4.2 多組分蒸發模型139 5.5 噴霧碰壁現象145 5.5.1 噴霧碰壁的形態146 5.5.2 碰壁結果的模型151 5.5.3 壁面油膜動力學與傳熱160 參考文獻170 第6章 燃燒與污染物生成179 6.1 概述179 6.2 特徵時間模型182 6.2.1 模型構建182 6.2.2 柴油機燃燒模擬184 6.3 小火焰面方法188 6.3.1 水準集G方程189 6.3.2 火花點燃發動機燃燒模擬191 6.4 亞網格直接化學反應方法194 6.4.1 方法描述194 6.4.2 均質壓燃(HCCI)燃燒模擬198 6.5 化學反應動力學機理及簡化201 6.6 點火和著火模型205 6.6.1 火花點燃205 6.6.2 壓縮著火207 6.7 氮氧化物和碳煙排放的生成模型208 參考文獻214 第7章 優化直噴汽油機燃燒222 7.1 的燃燒開發方法222 7.1.1 模擬引導的方法222 7.1.2 優化演算法概述228 7.2 常用的內燃機計算流體力學程式和軟體229 7.3 直噴汽油機的噴霧刻畫231 7.4 壁面引導直噴系統的油氣混合240 7.4.1 均勻混合氣的形成240 7.4.2 分層混合氣的形成248 7.5 燃油濕壁與碳煙及碳氫排放254 7.6 噴霧引導直噴系統和增壓直噴系統的油氣混合261 參考文獻270 第8章 優化柴油機和替代燃料發動機燃燒275 8.1 直噴柴油機275 8.1.1 降低排放的燃油多次噴射275 8.1.2 螺旋氣道和燃燒室形狀284 8.1.3 冷起動的排放288 8.2 替代燃料發動機293 8.2.1 火花點燃式天然氣發動機295 8.2.2 天然氣-柴油雙燃料RCCI燃燒301 8.2.3 生物柴油的燃燒與NOx排放309 參考文獻312
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