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第1章 导论 1

1.1概述 1

1.2内燃机燃烧模型的发展和分类 2

1.3化学流体力学基本控制方程组 3

本章参考文献 5

第2章 内燃机缸内湍流流动模型 7

2.1湍流基础知识 7

2.1.1湍流的基本特征 7

2.1.2湍流统计理论的若干基本概念 9

2.2内燃机缸内湍流流动的特点 18

2.2.1缸内气体流动的演变过程 18

2.2.2内燃机中湍流的定义和描述 19

2.2.3缸内湍流的主要特点 21

2.3内燃机缸内湍流流动的数学模型 25

2.3.1雷诺方程和湍流黏性系数 25

2.3.2湍流黏性系数模型 27

2.3.3单方程模型——湍能的k方程模型 29

2.3.4双方程模型——k-ε模型 33

2.3.5k-ε模型的发展 38

2.3.6重整化群（RNG）方法在湍流模拟中的应用 40

2.3.7雷诺应力模型（RSM） 46

2.3.8代数应力模型（ASM） 54

2.3.9非线性涡黏度模型（NLEVM） 55

2.3.10湍流的大涡模拟（LES） 62

2.3.11湍流的直接数值模拟 73

2.4湍流的快速畸变理论 74

2.5本征正交分解（POD）方法在湍流分析中的应用 80

2.5.1POD数学方法 81

2.5.2POD流场四分解 82

本章参考文献 84

第3章 燃油喷雾模型 89

3.1喷雾场的结构 89

3.1.1喷雾场的分区 90

3.1.2喷雾的近场特性 91

3.2气相射流模型 92

3.3油气两相模型 94

3.3.1连续液滴模型（CDM） 94

3.3.2离散液滴模型（DDM） 95

3.4两相喷雾的动力学和热力学过程 100

3.4.1油滴的阻力与变形 100

3.4.2油滴的传热与蒸发 102

3.4.3液滴的湍流扩散 106

3.4.4液滴的碰撞和聚合 108

3.5油束分裂及雾化模型 110

3.5.1液体射流分裂雾化的四种形态 110

3.5.2雾化机理研究概况 112

3.5.3液体射流分裂与雾化的线性稳定性分析 116

3.6液体射流分裂雾化的模型 129

3.6.1Kelvin-Helmholtz（K-H）模型 130

3.6.2Rayleigh-Taylor（R-T）模型 133

3.6.3TAB模型 135

3.6.4ETAB模型 137

3.6.5ELSA模型 141

3.6.6油束分裂及雾化的直接数值模拟 144

3.7考虑喷孔影响的模型 147

3.7.1喷孔内的空化现象 147

3.7.2空化模型 148

3.7.3组合模型 154

3.8喷雾与固壁相互作用及其模拟 158

3.8.1液滴碰壁的各种形态 159

3.8.2碰壁液滴的计算模型 161

3.9跨临界/超临界喷雾概述 171

本章参考文献 176

第4章 内燃机燃烧与排放模型 180

4.1概述 180

4.2汽油机燃烧的零维和准维模型 181

4.2.1零维单区模型 181

4.2.2准维多区模型 183

4.2.3计算燃烧率的现象模型 185

4.2.4湍流火焰传播速度模型 188

4.3柴油机燃烧的零维和准维模型 191

4.3.1零维模型 191

4.3.2准维模型 197

4.4湍流燃烧模型 208

4.4.1湍流燃烧的平均反应率及相关矩封闭法 209

4.4.2基于湍流混合速率的方法 211

4.4.3特征时间模型 216

4.4.4概率密度函数方法 220

4.4.5湍流燃烧的层流小火焰模型 228

4.4.6湍流燃烧的条件矩封闭模型 237

4.4.7基于湍流火焰几何描述的模型 240

4.4.8ECFM-3Z模型 246

4.4.9湍流火焰传播的分形模型 253

本章参考文献 262

第5章 内燃机缸内传热模型 267

5.1引言 267

5.2经验和半经验传热模型 268

5.2.1计算对流传热系数的经验模型 269

5.2.2计算对流传热系数的半经验模型 269

5.2.3辐射传热的经验模型 272

5.3壁面对流换热的多区模型 275

5.4壁面对流换热的多维模型 279

5.4.1热边界层法 279

5.4.2计算壁面对流换热的共轭传热法 283

5.5辐射传热的多区模型 286

5.5.1辐射传递方程的特点 286

5.5.2区域法在缸内辐射传热中的应用 288

5.6辐射传热的多维模型 296

5.6.1概述 296

5.6.2球谐波近似法 297

5.6.3离散传递法 299

5.6.4离散坐标法 300

本章参考文献 303

第6章 化学反应动力学机理与排放模型 306

6.1引言 306

6.2化学反应动力学模型概述 307

6.2.1正庚烷的氧化机理 308

6.2.2异辛烷的氧化机理 310

6.2.3化学动力学模型的分类 311

6.3简化化学动力学模型的构建方法 312

6.3.1反应机理的自动生成法 312

6.3.2敏感度分析 314

6.3.3准稳态近似法 316

6.3.4固有低维流形法 319

6.3.5反应率控制的约束平衡法 321

6.3.6直接关系图法 324

6.3.7集总模型 329

6.4几种常用的骨架机理模型 330

6.4.1前期和中期的模型 330

6.4.2近期的模型 332

6.5构建骨架机理的解耦法 339

6.5.1解耦法的原理 339

6.5.2用解耦法构建骨架模型的实施过程 342

6.5.3解耦法的改进 345

6.5.4解耦法的应用 347

6.6多维反应动力学计算的列表存取法 354

6.6.1列表存取法的基本原理 354

6.6.2非结构化自适应列表法（ISAT） 356

6.6.3ISAT的改进——PaISAT 359

6.6.4列表存取法的新发展 361

6.7内燃机氮氧化物排放的模拟 362

6.7.1扩充的Zeldovich机理 363

6.7.2Hewson-Bollig机理（HB模型） 365

6.8碳烟排放模型 368

6.8.1概述 368

6.8.2经验模型 369

6.8.3半经验模型 372

6.8.4详细模型 380

6.8.5一个基于PAHs骨架机理的多组分燃料的碳烟模型 392

本章参考文献 401

第7章 数值计算方法 410

7.1概述 410

7.2任意拉格朗日-欧拉法（ALE） 412

7.2.1离散化方法 413

7.2.2ALE方法的基本计算步骤 414

7.2.3稳定性条件 420

7.3初始条件和边界条件 421

7.3.1初始条件 421

7.3.2气阀边界条件 421

7.3.3处理湍流固壁边界的壁函数法 424

本章参考文献 431

第8章 常用内燃机CFD软件计算模型及使用指南 432

8.1湍流流动模型 432

8.2燃油喷雾模型 437

8.2.1喷嘴内流和喷雾雾化模型 437

8.2.2液滴碰撞与聚合模型 442

8.2.3液滴碰壁模型 444

8.2.4壁面液膜模型 448

8.2.5燃油蒸发模型 451

8.2.6液滴阻力模型 455

8.2.7液滴湍流扩散模型 457

8.3燃烧与排放模型 457

8.3.1着火延迟模型 457

8.3.2非预混合燃烧模型 458

8.3.3点火和初始火焰核发展模型 460

8.3.4层流和湍流火焰速度模型 462

8.3.5火焰传播模型 463

8.3.6部分预混燃烧模型及其他通用燃烧模型 466

8.3.7氮氧化物和碳烟排放模型 468

8.4模型选择和使用的几点建议 470

本章参考文献 470