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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 6

2.1　湍流基础知识 6

2.1.1 湍流的基本特征 6

2.1.2 湍流统计理论的若干基本概念 7

2.2 内燃机缸内湍流流动的特点 14

2.2.1　缸内气体流动的演变过程 14

2.2.2 内燃机中湍流的定义和描述 15

2.2.3　缸内湍流的主要特点 17

2.3　内燃机缸内湍流流动的数学模型 20

2.3.1 雷诺方程和湍流黏性系数 20

2.3.2　湍流黏性系数模型 21

2.3.3 单方程模型——湍能的k方程模型 24

2.3.4　双方程模型——k-ε模型 27

2.3.5　雷诺应力模型（RSM） 31

2.3.6　代数应力模型（ASM） 39

2.3.7　非线性涡黏度模型（NLEVM） 41

2.3.8　湍流的大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS） 46

2.3.9　湍流的快速畸变理论（RDT） 52

2.3.10　重整化群（RNG）方法在湍流模拟中的应用 57

2.4　内燃机缸内湍流模型的展望 61

本章参考文献 63

第3章　燃油喷雾模型 65

3.1　喷雾场的结构 65

3.1.1　喷雾场的分区 66

3.1.2　喷雾的近场特性 67

3.2　气相射流模型 68

3.3　油气两相模型 69

3.3.1　连续液滴模型（CDM） 69

3.3.2 离散液滴模型（DDM） 73

3.4　两相喷雾的动力学和热力学过程 77

3.4.1 油滴的阻力与变形 77

3.4.2　油滴的传热与蒸发 79

3.4.3　液滴的湍流扩散 82

3.4.4　液滴的碰撞和聚合 84

3.5　油束分裂及雾化模型 86

3.5.1 液体射流分裂雾化的四种形态 86

3.5.2　雾化机理研究概况 88

3.5.3　液体射流分裂与雾化的线性稳定性分析 92

3.5.4　液体射流分裂雾化的模型 105

3.6　喷雾与固壁相互作用及其模拟 125

3.6.1　液滴碰壁的各种形态 125

3.6.2　碰壁液滴的计算模型 127

本章参考文献 133

第4章 内燃机燃烧与排放模型 136

4.1　概述 136

4.2　汽油机燃烧的零维和准维模型 137

4.2.1　零维单区模型 137

4.2.2　准维多区模型 138

4.2.3　计算燃烧率的现象模型 140

4.2.4　湍流火焰传播速度模型 148

4.3　柴油机燃烧的零维和准维模型 151

4.3.1　零维模型 151

4.3.2　准维模型 156

4.4　湍流燃烧模型 168

4.4.1 湍流燃烧的平均反应率及相关矩封闭法 169

4.4.2　基于湍流混合速率的方法 171

4.4.3　特征时间模型 173

4.4.4　概率密度函数方法 176

4.4.5　湍流燃烧的层流小火焰模型 185

4.4.6　湍流燃烧的条件矩封闭模型 193

4.4.7 基于湍流火焰几何描述的模型 195

4.4.8 湍流火焰传播的分形模型 200

4.5　内燃机氮氧化物排放的模拟 210

4.5.1　扩充的Zeldovich机理 210

4.5.2　Hewson-Bollig机理（HB模型） 212

4.6　碳烟排放模型 215

4.6.1　概述 215

4.6.2　经验模型 216

4.6.3　半经验模型 219

4.6.4　详细模型 226

本章参考文献 236

第5章 内燃机缸内传热模型 242

5.1　引言 242

5.2　经验和半经验传热模型 243

5.2.1 计算对流传热系数的经验模型 243

5.2.2　计算对流传热系数的半经验模型 244

5.2.3　辐射传热的经验模型 247

5.3　壁面对流换热的多区模型 249

5.4　壁面对流换热的多维模型 251

5.5　辐射传热的多区模型 255

5.5.1　辐射传递方程的特点 255

5.5.2　区域法概述 256

5.5.3 区域法在缸内辐射传热中的应用 259

5.5.4　其他多区辐射模型 266

5.6　辐射传热的多维模型 268

5.6.1 热流法（热通量法） 268

5.6.2　蒙特卡洛法 271

5.6.3　球形谐波近似法 276

5.6.4　离散传递法 277

5.6.5　离散坐标法 279

本章参考文献 281

第6章 均质压燃（HCCI）发动机的数学模拟 283

6.1　引言 283

6.2　HCCI燃烧的化学反应动力学模型 283

6.2.1　HCCI对反应动力学模型的基本要求 284

6.2.2　详细的化学动力学模型 284

6.2.3 简化的化学动力学模型及其构筑方法 287

6.2.4　传统发动机燃烧的简化动力学模型 298

6.2.5　HCCI燃烧的化学动力学模型 299

6.3　HCCI燃烧的零维和准维模型 307

6.3.1　单区模型 308

6.3.2　多区模型 311

6.4　多维模型 313

6.4.1　HCCI多维模型概述 313

6.4.2　HCCI的随机反应器模型 316

6.4.3　HCCI发动机的优化——遗传算法的应用 318

6.4.4　多维反应动力学计算的列表存取法 321

6.5　小结 326

本章参考文献 327

第7章　数值计算方法 332

7.1　概述 332

7.2　有限容积法 334

7.2.1　差分方程的建立 334

7.2.2 多变量耦合方程组的求解 344

7.2.3　PISO算法和EPISO算法 352

7.3　任意拉格朗日-欧拉法（ALE） 358

7.3.1　离散化方法 359

7.3.2　ALE方法的基本计算步骤 360

7.3.3　稳定性条件 365

7.4　初始条件和边界条件 365

7.4.1　初始条件 365

7.4.2　气阀边界条件 366

7.4.3　处理湍流固壁边界的壁函数法 368

7.5　KIVA-Ⅱ程序简介 374

7.5.1　概述 374

7.5.2　KIVA-Ⅱ的主要特点和功能 375

7.5.3　KIVA-Ⅱ程序结构 376

7.5.4　KIVA-3V程序简介 378

本章参考文献 379