二甲醚发动机燃烧研究：新型湍流模型分析

"二甲醚发动机湍流燃烧模型的研究 (2003年)，由西安交通大学能源与动力工程学院的王锡斌、蒋德明、周龙保和潘克煌共同完成，发表于《西安交通大学学报》。该研究提出了一种针对二甲醚发动机的湍流燃烧模型，旨在理解湍流对二甲醚燃烧过程的影响。通过数值模拟，模型展示了二甲醚油束的燃烧特性，如短于柴油的贯穿度、油束边缘的自燃情况以及扩散燃烧的特慢混合速度和长时间燃烧。这些计算结果与实验观察相吻合。" 在二甲醚发动机的燃烧过程中，由于其特殊的化学性质，燃烧模式与传统燃料如柴油有所不同。传统化学动力学模型虽然能够描述燃料的基本燃烧反应，但往往无法充分考虑湍流对燃烧速度和效率的增强效应。因此，研究者引入了拟序火焰片湍流燃烧模型（Coherent Flamelet Model, CFM），这是一种将化学反应动力学与湍流效应相结合的方法，以更好地捕捉湍流环境下的火焰动态。 拟序火焰片模型假设火焰可以分解为一系列独立的火焰片，每个火焰片代表一个准稳态的化学反应区域。在二甲醚发动机中，这一模型的应用有助于分析燃料在湍流场中的分布和反应，特别是在油束喷射时，如何影响燃烧的起始位置和速度。通过数值模拟，研究发现二甲醚的油束在发动机内的贯穿距离比柴油短，减少了燃料与壁面接触的可能性，从而降低了壁面冷却和不完全燃烧的风险。 此外，模型还揭示了在油孔附近，油束上边缘的燃料浓度适中且温度较高，这使得此处成为最早发生自燃的区域。这与二甲醚的高挥发性和低自燃温度有关。在扩散燃烧阶段，由于二甲醚与空气的混合速度较慢，导致燃烧速度减缓，燃烧过程持续时间延长，这与二甲醚的较低分子量和较大的分子间相互作用有关。 该研究提出的湍流燃烧模型为理解和优化二甲醚发动机的燃烧性能提供了理论基础。通过这种模型，工程师可以更准确地预测和控制发动机的燃烧过程，从而改进燃油效率，减少排放，并提高整体性能。该模型的适用性不仅限于二甲醚，也可以为其他新型燃料或改性发动机燃烧过程的研究提供参考。