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第1章 绪论 1

1.1我国运输车辆及其动力进入快速发展期 1

1.1.1汽车业发展迅速 1

1.1.2特种重型车用柴油机的发展 2

1.2节能、减排与环保 2

1.2.1交通运输业必须节能与减排 2

1.2.2内燃机必须减少排气污染 3

1.3内燃机中燃烧的重要性 4

1.3.1概述 4

1.3.2燃烧是内燃机的核心 5

1.4内燃机燃烧科学的发展中相关学科和技术的支撑 6

1.4.1多层次学科的支撑 6

1.4.2内燃机燃烧与燃烧系统结构设计的统一性 7

1.4.3内燃机燃烧研究用测试仪器和设备的广泛性 7

1.4.4计算机硬件和软件技术的应用 7

参考文献 8

第2章 湍流与混合 9

2.1湍流基本知识 9

2.1.1概述 9

2.1.2湍流运动基本方程 12

2.1.3湍流零方程模型 13

2.1.4概率密度函数和流速统计矩 15

2.1.5相关 16

2.1.6湍动尺度 18

2.1.7旋涡级串（vortex cascade） 21

2.1.8湍动能谱 22

2.1.9间歇性（intermittency） 26

2.1.10拟序结构 26

2.2扩散理论简述 27

2.2.1分子扩散基本定律 28

2.2.2湍流扩散 31

2.2.3湍流扩散的比拟 32

2.2.4分子（或层流）扩散与湍流扩散的比较 32

2.2.5斯蒂芬（Stefan）流 34

2.3湍动射流简介 36

2.3.1湍动射流特性 36

2.3.2正交横流中的等密度圆形湍动射流 39

2.3.3冲击射流 40

2.4拟序结构与混合 41

2.4.1概述 41

2.4.2轴对称圆形湍动射流的拟序结构与混合 41

2.4.3燃烧中的拟序结构与混合 42

2.5章后语 44

参考文献 45

第3章 化学动力学 47

3.1概述 47

3.2反应速率及速率方程 47

3.2.1反应速率 47

3.2.2速率方程与反应级数 48

3.3简单级数反应 49

3.3.1一级反应 49

3.3.2二级反应 50

3.3.3 n级反应（n＞2） 51

3.4复合反应 51

3.4.1可逆反应 51

3.4.2平行反应 52

3.4.3连串反应 53

3.4.4复合反应的近似处理 54

3.5温度对反应速率的影响 55

3.6活化碰撞理论 57

3.6.1总碰撞次数 58

3.6.2有效碰撞分数q 59

3.6.3反应速率及速率常数 59

3.6.4讨论 60

3.7活化络合物理论 61

3.7.1原理概述 61

3.7.2速率常数计算分析 62

3.8压力对反应速率的影响 63

3.9链反应 64

3.9.1直链反应 65

3.9.2支链反应 65

3.9.3链反应动力学 66

3.9.4爆炸反应 69

参考文献 69

附录 70

附录参考文献 73

第4章 着火过程 74

4.1着火的分类 74

4.2热着火过程 75

4.2.1热着火理论 75

4.2.2着火延迟期（孕育时间）的解析 79

4.2.3绝热容器内可燃混合物的自燃过程 80

4.2.4着火界限 81

4.3烃的着火特点 82

4.3.1氢氧的着火界限 82

4.3.2烃类的着火界限 84

4.3.3烃类的三阶段和单阶段着火过程 85

4.4均质混合气自燃的发展 87

4.5液体燃料喷雾的着火 90

4.5.1物理延迟和化学延迟 90

4.5.2燃料雾注着火的图像 91

4.5.3着火延迟的分析 92

4.6强迫着火 94

4.6.1热面点火 94

4.6.2电火花点火 101

参考文献 106

第5章 预混燃烧的火焰传播 108

5.1概述 108

5.2预混层流燃烧的火焰传播 108

5.2.1层流燃烧速度的测量方法 108

5.2.2层流燃烧的火焰传播原理 113

5.2.3层流燃烧速度的影响因素 116

5.2.4层流火焰传播极限 119

5.3预混湍流燃烧的火焰传播 120

5.3.1湍流燃烧的试验研究 121

5.3.2表面模型的计算与发展 123

5.3.3微扩散的容积燃烧模型 130

5.3.4涡旋破碎模型 131

5.3.5统计模型 133

5.3.6湍流火焰传播速度的影响因素 134

5.4封闭容器内的火焰传播 135

5.5爆震 137

5.5.1冲波和爆震波 137

5.5.2爆震波结构及产生过程 141

5.5.3汽油机条件下爆震的特点 143

参考文献 144

第6章 非均质混合物的扩散燃烧 146

6.1引言 146

6.2气体燃料扩散燃烧 146

6.2.1层流扩散火焰和湍流扩散火焰 146

6.2.2扩散火焰高度 148

6.2.3同轴射流湍流扩散燃烧 150

6.2.4简单化学反应系统 151

6.2.5湍流扩散燃烧的模化 152

6.2.6湍流与燃烧的相互作用 154

6.3油滴的燃烧 155

6.3.1单油滴的蒸发和燃烧 156

6.3.2对流对油滴蒸发和燃烧的影响 166

6.3.3油滴运动的阻力 168

6.4油滴群的燃烧 169

6.4.1油滴间的相互影响 169

6.4.2油滴群的燃烧形式 170

6.4.3油滴群中的火焰传播 171

6.4.4气流相对速度对油滴群燃烧的影响 172

6.5喷雾燃烧 173

6.6扩散燃烧中碳烟的生成机理 176

参考文献 179

第7章 内燃机燃烧测试分析技术 181

7.1测试装置 181

7.2流速测量 189

7.3密度、组分浓度及温度测量 197

7.4缸内压力测量及分析 206

7.5喷油雾化特性测试 207

7.6流动、燃烧可视化 212

参考文献 216

第8章 内燃机缸内气体运动 217

8.1进气涡流 217

8.1.1进气涡流的形成 217

8.1.2进气涡流的测量 219

8.2挤流 220

8.3进气滚流 223

8.3.1进气滚流的形成和发展 223

8.3.2进气滚流的测量 224

8.4缸内湍流运动 225

8.4.1进气流动 225

8.4.2流动的基本特征 226

8.4.3定义和分析 228

8.4.4均速和脉动速度 233

8.4.5滚流的湍流特性 236

8.4.6挤流的湍流特性 236

8.4.7概率密度函数与相关 237

8.4.8缸内湍流尺度 239

8.4.9能谱分析 243

8.4.10缸内湍流的非平衡性及其扩散系数 244

8.5缸内气体流动模拟简述 244

8.5.1概述 244

8.5.2 CFD软件在内燃机缸内流动中的应用 245

8.6章后语 245

参考文献 246

第9章 内燃机燃油雾化、蒸发与混合 250

9.1液体射流破碎与雾化机理 250

9.1.1射流破碎现象 250

9.1.2液体射流雾化机理 251

9.2喷雾特性 253

9.2.1喷雾的粒径特性 253

9.2.2自由射流喷雾的空间分布特性 256

9.2.3喷雾的蒸发过程 263

9.3燃油射流撞壁和壁射流 265

9.3.1概述 265

9.3.2单油滴撞壁形态 266

9.3.3无蒸发柴油射流撞壁后的结构与形状 266

9.3.4气体射流撞壁与壁射流 267

9.3.5壁射流半径和高度的发展 268

9.3.6有蒸发柴油射流的撞壁和壁射流 270

9.3.7进气涡流的影响 271

9.3.8汽油喷雾撞壁特性 271

9.4可燃混合气的形成 272

9.4.1自由射流混合 273

9.4.2燃油射流撞壁和壁射流混合 280

9.4.3壁面蒸发和热混合原理 284

9.5喷雾模型与数值模拟 285

9.5.1模型分类与模型发展历程 286

9.5.2喷雾破碎模型 286

9.5.3液滴蒸发模型 290

参考文献 291

第10章 火花点火发动机燃烧与控制 295

10.1概述 295

10.2火花点火汽油机的正常燃烧 296

10.2.1燃烧过程的直接观察和火焰结构 296

10.2.2燃烧过程分期和特性参数 299

10.2.3火焰传播和压力上升 302

10.2.4燃烧气体中的温度梯度和气体的移动 303

10.2.5影响火焰传播的各种因素 304

10.2.6各缸燃烧差异 309

10.2.7燃烧过程的热量利用 309

10.3各循环间燃烧的变动 311

10.3.1各循环燃烧的变动及其特性值的表示方法 311

10.3.2燃烧循环变动带来的问题 314

10.3.3影响燃烧变动的主要因素 314

10.3.4部分燃烧和失火 318

10.3.5减少燃烧变动的措施 319

10.4火花点火发动机内的爆燃 319

10.4.1汽油机爆燃的特性、危害和诊断 319

10.4.2爆燃的理论 324

10.4.3辛烷值与压缩比 327

10.4.4防止爆燃的方法 327

10.5表面着火及其他自动着火现象 330

10.5.1异常燃烧的说明 330

10.5.2表面着火机理 332

10.5.3表面着火的各种影响因素 334

10.5.4燃料的表面着火性 335

10.5.5表面着火的防止措施 336

10.5.6其他自动着火现象 336

10.6稀混合气燃烧的发动机 338

10.6.1燃烧稀混合气存在的问题 338

10.6.2提高压缩比的影响 339

10.6.3改善点火系统 341

10.6.4典型均质稀混合气燃烧发动机 342

10.7层状充量发动机的燃烧 343

10.7.1概述 343

10.7.2层状充量的燃烧原理 344

10.7.3层状充量燃烧系统的分类 345

10.7.4几种典型层状充量燃烧发动机 347

10.7.5缸内直喷发动机的发展趋向 354

10.8结束语 355

参考文献 356

第11章 压燃式发动机燃烧与控制 358

11.1概述 358

11.2直喷燃烧系统燃烧过程 359

11.2.1燃烧阶段划分 359

11.2.2燃烧过程可视化分析 360

11.2.3燃烧过程研究的新进展 361

11.2.4柴油机燃烧中湍流结构的一些试验和分析 364

11.3着火延迟期 367

11.3.1概述 367

11.3.2着火延迟期的影响因素 367

11.3.3着火延迟期计算 372

11.3.4着火延迟期对燃烧过程及柴油机性能的影响 374

11.4燃烧的影响因素和控制的综合考虑 376

11.4.1柴油机燃烧性能改进方向 376

11.4.2喷油参数的影响和匹配 378

11.4.3进气涡流对油/气时空分布的影响 390

11.4.4燃烧室几何参数的匹配 392

11.4.5 EGR的影响 396

11.5新概念燃烧系统 397

11.5.1 MK燃烧方式 398

11.5.2 UNIBUS 399

11.5.3 HCCI 400

11.5.4 ACE的燃烧概念 402

参考文献 404

第12章 内燃机排气污染物生成与控制 408

12.1概述 408

12.2排放法规 409

12.2.1排放因子与总量控制 410

12.2.2排放法规演变历程 411

12.3排放物的生成机理分析 413

12.3.1一氧化碳的产生机理 413

12.3.2碳氢化合物的产生机理 413

12.3.3氮氧化物的产生机理 415

12.3.4颗粒物的产生机理 417

12.3.5新进展 417

12.4影响因素与技术对策 420

12.4.1影响因素分析 420

12.4.2技术对策 420

12.4.3燃料 423

12.4.4冷启动和怠速排放 425

12.5后处理技术 426

12.5.1三元催化器 426

12.5.2颗粒捕集器 427

12.5.3选择催化还原 428

12.5.4 NOx吸附器 428

12.5.5氧化催化器 429

参考文献 429

第13章 内燃机燃烧模拟 430

13.1概述 430

13.2汽油机燃烧的零维和准维模型 432

13.2.1零维模型 432

13.2.2准维模型 433

13.3柴油机燃烧的零维和准维模型 439

13.3.1零维模型 439

13.3.2准维模型 442

13.4多维模型 450

13.4.1控制方程组 450

13.4.2湍流燃烧模型 453

13.5大涡模拟（LES）及其应用 455

13.6数值求解方法 457

13.7保证仿真精度的科学方法体系——Verification&.Validation准则简介 459

13.7.1内燃机燃烧模拟中的误差和不确定性 459

13.7.2 Verification &.Validation（校核与验证）准则简介 460

13.8模拟计算实例 463

13.8.1柴油机喷雾燃烧模拟基本参数设置 463

13.8.2 WAVE模型的检验 464

13.8.3 WAVE喷雾模型的验证（Validation） 466

13.8.4 EBU燃烧模型的检验和验证 468

13.9小结 470

参考文献 470

第14章 内燃机代用燃料 475

14.1概述 475

14.2含碳液体代用燃料 476

14.2.1醇类燃料 476

14.2.2二甲醚（Dimethyl Ether） 478

14.2.3煤制油 480

14.2.4生物柴油（biodiesel） 480

14.3含碳气体代用燃料 481

14.3.1液化石油气LPG（Liquefied Petroleum Gas） 481

14.3.2天然气NG（Natural Gas） 481

14.4氢燃料 482

14.4.1氢燃料的基本物理特性 482

14.4.2氢燃料内燃机的缸内压力变化曲线 483

参考文献 485

第15章 特种车辆高功率密度柴油机燃烧系统 486

15.1坦克用动力的发展 486

15.2坦克柴油机燃烧系统发展趋势 489

15.3高功率密度柴油机燃烧系统研制的一般考虑 495

15.3.1概述 495

15.3.2基础参数的确定 498

15.3.3进气与增压 499

15.3.4供油与高压喷射 501

15.3.5机械负荷和热负荷的限制 503

15.3.6燃烧系统的设计思路 505

15.4无涡流型燃烧系统 505

15.4.1概述 505

15.4.2混合与燃烧机理 508

15.4.3无涡流燃烧系统设计中的一些考虑 510

15.5低涡流型燃烧系统 512

15.5.1概述 512

15.5.2低涡流进气道 513

15.5.3混合与燃烧机理 514

15.5.4低涡流燃烧系统设计问题 515

15.6卷流型燃烧系统 516

15.6.1双卷流燃烧系统DSCS（Double Swirl Combustion System） 516

15.6.2综述 520

15.7可调进气涡流研究 520

15.7.1一种典型的可调进气涡流系统 521

15.7.2旋流器可调进气涡流系统 522

15.7.3双蝶阀可调进气涡流系统 523

15.8章后语 523

参考文献 524