多脉冲喷油参数的优化

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集多脉冲喷油参数的优化黄豪中，苏万华（天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津300072）摘要：在MULINBUMP复合燃烧系统多脉冲喷油参数的优化过程中，利用一种新兴的高效全局智能寻优方法——微种群遗传算法，并结合改进的发动机三维数值模拟程序KIVA3V，建立起一个发动机多参数优化软件平台。在该平台上，对5次脉冲喷射的喷油压力、喷油定时、各脉冲油量和脉冲间隔等11个参数进行优化。结果显示，优化后发动机的平均指示压力由优化前的0.47MPa提高到0.59MPa，油耗降低了25.

2、4%，NOx排放略有升高，但PM排放基本保持不变，显示出满足欧Ⅳ排放法规要求的潜力。这说明微种群遗传算法非常适合发动机多参数优化问题的求解，优化结果可为实际燃烧过程的优化控制提供参考方案。关键词：柴油机；均质压燃；喷油参数；微种群遗传算法；优化引言1.1三维发动机CFD模拟的完善柴油HCCI燃烧模式以其高的热效率和我们知道，内燃机的燃烧是多种现象相低NOx和PM排放的特点成为当前的研究热耦合的、瞬变的、多维多相的物理化学过程。点。本课题组开发的复合燃烧系统要正确地从微观上模拟和分析内燃机的燃[1]（MULINBUMP），是实现柴油燃料均质烧，必须借助

3、多维CFD模型。大型三维CFD压燃着火燃烧概念的有效途经。该复合燃烧程序KIVA-3V是由美国LosAlamos国家实验技术在压缩冲程早期，利用柔性可调的多脉室针对内燃机中的流动、燃烧计算而开发的[3]冲燃油喷射形成稀预混合气，实现可控的预KIVA系列程序集中较新的一个版本。该程混燃烧（CPCCI，HCCI燃烧实现方式的一序在世界许多国家已经得到广范应用。然种）；在上止点附近进行主喷射，利用具有而，标准的KIVA-3V源程序只是给人们进行高混合率的BUMP燃烧室，使燃油与空气快燃烧过程的数值模拟研究提供一个框架和速混合，形成稀扩散燃烧（LDC），从而

4、大基础。采用标准的KIVA-3V程序是无法准确幅度降低NOx和碳烟这两种柴油机主要排模拟柴油机燃烧过程的，尤其是多次喷油形放物。成的预混燃烧。一方面是因为标准的[2]试验研究表明，多种喷油模式组织的KIVA-3V程序缺少描述柴油机预混燃烧过预混燃烧可以实现接近于零的NOx和碳烟程相关的模型，如自燃着火模型等，另一方排放，但是，要同时获得较高的热效率，喷面，有些模型已经被证明预测精度不高，如油参数需要做进一步优化。人们知道，随着TAB喷雾子模型，KIVA3V自带的EDC模型[4]控制参数增加，优化实验的数量随控制参数等。因此，在优化之前，需要改进标准增

5、加呈指数级增加的关系，所以人们常常把KIVA3V中有缺陷的模型，添加新的精度更优化实验称为“海量实验”问题。因此寻求高的物理化学燃烧子模型。作者在标准优化实验方法一直是内燃机工程的重要科KIVA3V中加入的模型参见表1，其中，基学问题。本文在完善三维发动机CFD模拟的于气液界面扰动波不稳定理论的KH-RT破[5]基础上，应用微种群遗传优化算法，在“数碎模型用于模拟喷雾过程；改进的Shell模字发动机”上实现了多脉冲喷油控制参数的型能够描述柴油HCCI两阶段着火过程；[4]模拟标定。Kong特征时间燃烧模型兼顾湍流混合和化学动力学这两者的作用，所以对燃

6、烧的模1三维发动机CFD模拟的完善和验证拟更接近真实，计算时假定温度超过1000K1*国家自然科学基金重点项目(50636040)。**黄豪中（1976－），男，博士研究生，主要研究方向为内燃机燃烧与数值模拟。成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集[8]时，发动机由自燃着火过渡到燃烧过程；Han与Nagle的碳烟氧化模型；其它模型的详细[6][3]和Reitz温度壁面函数被用来计算壁面与介绍请参阅KIVA用户手册。此外，为了气流之间的传热量；仍然采用扩展的节省计算时间，采用一维计算模型来模拟柴Zeldovich机理

7、来预测NOx排放，而模拟PM油机的进排气过程。[7]排放时，则采用Hiroyasu的碳烟生成模型表1标准的和改进的KIVA-3V程序主要物理化学模型对比物理化学子模型标准的KIVA3V改进的KIVA3V湍流模型RNGk-εRNGk-ε雾化模型TAB模型KH-RT模型燃油撞壁模型O’Rourke模型O’Rourke模型自燃模型/改进的Shell模型燃烧模型EDC模型Kong特征时间燃烧模型壁面传热模型温度壁面函数Han和Reitz温度壁面函数NOx排放模型Zeldovich机理Zeldovich机理碳烟排放模型Surovkin&NagleHiroyas

8、u&Nagle1.2模型验证CFD计算从进气门关闭（154ºCABTDC）开始，到排气门打开（-131ºCA