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大连海事大学 硕士学位论文基于示功图的船用柴油机燃烧过程的研究 级别：硕士 专业：轮机工程 指导教师：段树林 20100601 中文摘要 摘要 柴油机以其功率覆盖面大，热效率高，可靠性好等特点，被广泛应用于国民经济的各个领域，特别是在大型航运船舶上更是占据主要地位。

    对于柴油机来说，燃烧过程直接关系到柴油机的动力性和经济性，所以改善和诊断柴油机燃烧过程一直是柴油机研究工作者所关注的问题。

    随着电子计算机和数据处理系统在内燃机研究中的应用，使得数值计算和实验研究一起，有力地推动着内燃机的研究和发展。

     本文建立了利用示功图计算燃烧放热率的数学、物理模型，应用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ ６．０程序编辑软件编辑了燃烧放热率的计算程序界面，并开发了简单、实用的数据分析功能。

    在计算过程中，论述了光顺处理的必要性，并对比了示功图在进行光顺处理和未进行光顺处理的燃烧放热率的计算结果，利用未经光顺处理的示功图上压力数据计算出来的燃烧放热率曲线振荡严重，不利于分析燃烧过程。

    在传热过程的计算中，介绍了四种经典的计算传热系数的经验公式，计算了不同传热模型对燃烧放热率计算结果的影响，结果发现传热量对燃烧放热率的影响很小。

    在上止点的修Ｊ下中，介绍了两种上止点修正方法，按照上止点修正理论编辑了上止点修正的程序块，并对四冲程柴油机实测倒拖示功图进行了上止点修正。

    结果发现，随着转速的升高，漏泄及传热损失减小，热力损失角也随之减小。

    最后基于二冲程柴油机实测示功图进行了燃烧放热率的计算，并对主要燃烧参数的计算结果进行了分析讨论。

    关键词：示功图；柴油机；光顺处理：上止点修正：燃烧放热率计算 英文摘要 ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅｓ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｎａｔｉｏｎａｌ ｅｃｏｎｏｍｙ，ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ，ｈｉｇｈ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｓｈｉｐｐｉｎｇ ｖｅｓｓｅｌｓ ｔｈｅ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅｓ ａｃｔ ｍａｊｏｒ ｒｏｌｅｓ．Ｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｓ ｉｓ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｙ，ＳＯ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｄｉａｇｎｏｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｅｓｅｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ ｂｙ ｄｉｅｓｅｌ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ａｎｄｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｓ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｏｗｅｒｆｕｌｌｙ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｄｉａｇｒａｍｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅ ａｒｅ ｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ＶＢ６．０ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ａｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，Ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｄｉａｇｒａｍ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，Ｉｔｓｈｏｗｓ ｍａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｈｅａｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅ ｉｓ ｏｆ ｓｅｒｉｏｕｓ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ．ｗｈｉｃｈ ｍｅａｎｓｔｈｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｄｉａｇｒａｍ ｉｓ ｎｏｔ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｎｏｔ ｆａｖｏｒｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ，ｆｏｕｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｌａｓｓｉｃａｌ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅ伍ｃｉｅｎｔ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｔｅｄ．ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅ．ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒｈａｄ ｌｉｔｔｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＴＤＣ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｗｏ ＴＤＣ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｂｌｏｃｋｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ＴＤＣ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｅｄｉｔｅｄ，ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ，ｔｈｅ ＴＤＣ ｏｆ ｆｏｕｒ－ｓｔｒｏｋｅｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ ｉｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅｌｅａｋａｇｅ ａｎｄ ｈｅａｔ ｌｏｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｌｏｓｓ ａｎｇｌｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｈｅａｔｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ—ｓｔｒｏｋｅ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ， 英文摘要ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ Ｄｉａｇｒａｍ；Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｎｇｉｎｅ；Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ＴＤＣＣｏｒｒｅｃｔ；Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｈｅａｔ Ｒｅｌｅａｓｅ Ｒａｔｅ 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博／硕士学位论文 ．竺基王丞功图的丛旦装澶扭燃缝过猩的班究：。

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     本学位论文属于： 保密口在——年解密后适用本授权书。

     不保密团（请在以上方框内打“√”） 论文作者签名 师签名：私犯１才 刃Ｄ年；，月）厂日 基于示功图的船用柴油机燃烧过程的研究 第１章绪论 内燃机在国民经济的各个领域中都有广泛的用途。

    其中汽油机是汽车及轻型载重车的主要动力；柴油机以其功率覆盖面大，热效率高，可靠性好等特点，被广泛应用于军用船舶、海船、内河船舶、常规潜艇、机车、各式货车、坦克、军用车辆、工程机械、电站等等，即使在小型汽车中，２００／ｏ，－，３０％也用柴油机作为动力。

    １．１内燃机的研究现状及发展方向 柴油机自问世以来至今已有１００余年的历史了，在２０世纪中，技术上已发展得相当成熟。

    特别是在７０年代经历了二次石油危机，燃油价格上涨了１０多倍，从那一时期以来，使用柴油机的各种动力装置的营运成本中，燃油所占的比例愈来愈大。

    因此在过去的３０多年中，各柴油机制造厂及研究机构大力开展提高柴油机熟效率及各种余热利用的研究，把降低油耗率作为主要研究目标之一，从而使油耗率降低２０％左右。

    与此同时，柴油机的增压程度不断提高，为适应柴油机在低工况的性能要求，开发了各式各样的涡轮增压系统。

    进入２ｌ世纪以后，柴油机的发展更是面临着能源短缺及环保规范严格限制的挑战，对柴油机的经济性和排放性提出了更高的要求，其中不仅对车用柴油机有排放的要求，而且对船用、机车等低速和中高速柴油机也有严格要求。

    近年来，为了适应越来越严格的环保要求，已经广泛开展降低排放颗物ＮＯｘ及颗粒的研究，并提出了各种有效措施。

     柴油机是一种热力发动机，其性能主要取决于燃油喷射及空气的供给和流动形态，众多的影响因素之间相互关系复杂，且具有很强的非线性特征。

    同时，柴油机的运行工况和环境条件的变化也对其性能产生很大的影响，呈现出很强的时变性特征。

    在高功率密度的情况下，柴油机的整体及部件的结构强度是提高其工作可靠性的基础，状态监测及故障诊断则是有效的技术保障手段。

    传统的设计、研究方法及控制和管理手段已难以满足要求。

     随着科学技术的进步，近年来与柴油机相关的基础学科，如工程热力学、计算流体动力学、传热学，技术应用学科。

    如计算机技术、人工智能技术、控 第１章绪论制技术、测试技术、优化方法等，都有了巨大的发展，理论上日趋成熟并已进入实用阶段。

    柴油机在这些学科的支持下，对其性能的提高和改善提供了有效的研究手段和试验、计算工具，并为其发展开辟了广阔的途径。

    目前已经普遍采用的技术有：采用部件功能模块设计思想，利用计算机辅助设计、计算机仿真技术及有限元法、有限差分法、有限容积法等数值计算方法，可对柴油机部件的结构造型、结构强度、工质流动形态、混合燃烧过程等进行精确的计算分析，以实现柴油机的整体优化设计；采用计算机控制的电子——液力机构替代机械传动机构，将燃油喷射系统及气门传动系统从刚性控制改变为柔性控制，以实现在各种工况及环境条件下柴油机运行性能的优化控制；采用模糊理论、人工神经网络、遗传算法等计算方法及智能控制技术，可以实现对具有非线性及时变性特征的柴油机实施更为精确和实时的优化控制；采用电子管理系统及人工智能专家系统，可以实现对柴油机的状态监测、故障诊断及维修预测等优化管理，从而使柴油机具有应对挑战的强大适应能力和进一步提高智能化水平的巨大发展潜力。

    【１，２】１．１．１内燃机数值计算的应用 自２０世纪７０年代以来，由于快速、大容量电子计算机和数据处理系统在内燃机研究中的应用，加上试验技术和测量仪器以及测试装备的改进，使内燃机在试验和理论研究上有了较大的发展，使内燃机热力循环模拟成为可能，内燃机设计由过去比较粗糙的经验、半经验设计向着模拟计算、优化设计和计算机辅助设计方面过渡，简称ＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ），并取得了令人耳目一新的进展。

    使得通过模拟计算所预测的最佳方案，相当接近实际的最佳方案，大大节约了时间、人力和财力。

    这样数值计算和实验研究一起，成为两个平行的杠杆，有力地推动着内燃机的研究和发展。

     内燃机数值计算的用途可以说在近代内燃机发展中“无处不在”，特别是在内燃机设计及研制的过程中的各个阶段都应用数值计算，具体来说主要应用在设计计算和诊断计算两方面【３】。

    其中，在内燃机的设计过程中，从最初的选型论证及方案论证到系统设计、整机设计的各个阶段中都应用数值计算。

    由于各阶段计算目标不同，故计算模型也不同。

    内燃机选型论证计算中，计算目标是 ２ 基于示功图的船用柴油机燃烧过程的研究确定发动机的基本参数，由于设计初期许多细节尚未最后确定，许多参数还未知，这时需采用简化计算模型，要求计算中输入少量参数而能算出各项所需结果。

    内燃机燃油系统计算、进排气系统计算、动力学计算、各零部件应力计算等，这类计算其目标是要较精确地确定各项参数，故计算中需采用精确模型，要求能算出较精确结果，以完成各系统的设计。

    内燃机工作循环模拟计算中，如：内燃机性能参数计算、增压柴油机配合计算、变工况计算、瞬态特性计算等。

    这类计算将发动机及其装置组成完整系统，分别建立各系统的微分方程，然后联合求解微分方程组，获得精度较高的数值解。

     内燃机的诊断计算是将某些实测参数值作为输入参数，应用诊断计算程序，经计算后输出另外一些参数，并用这些参数对内燃机进行诊断或预测。

    也就是说，内燃机的诊断计算是将试验中测量到的物理量通过计算机加工成更基本的物理量，甚至是加工成在通常试验中难以直接测量的物理量。

    例如将试验中直接检测到得ｐ－垆示功图信号输入计算机，应用计算燃烧放热率程序计算后输出放热率、滞燃期、燃烧始点、燃烧终点等参数，用这些输出参数诊断燃烧放热过程的状况。

    类似于燃烧放热率、滞燃期等很有诊断价值的参数，在试验中通常是难以直接测量的，应用诊断计算程序就可以计算出来。

    １．１．２内燃机燃烧模型的发展 柴油机工作过程的数学模拟，以缸内燃烧过程的描述最为复杂，它是内燃机工作过程循环模拟的重要环节，而工作循环中的其它过程（如进气、压缩、膨胀、排气）的细节，都直接影响燃烧过程。

    总的说来，内燃机燃烧模型的研究已经先后经历了放热率计算、零维模型、准维模型和多维模型四个阶段。

     所谓放热率计算是根据实测的压力数据（示功图）估算实际放热率。

    这种计算一般不涉及严格的数学模型。

    但他是研究内燃机燃烧模型，特别是研究零维和准维模型的一个重要基础，并且在特定情况下可以在循环过程计算中起燃烧模型作用，这也是本文的重点研究内容。

     零维模型又称单区模型。

    它是通过对大量实际燃烧放热过程的统计分析，找出规律性，用经验公式或曲线拟合的方法，建立起一种表达燃烧放热过程参数间的经验关系式，将复杂的燃烧过程简化表达成几个特征参数间的关系，如Ａｕｓｔｅｎ．Ｌｙｎ的三角形法〔４１，Ｗｈｉｔｅｈｏｕｓｅ的准备率单区模型【５】，Ｂ Ｍ ６ ｅ函数等。

     ３ 第１章绪论这类模型多半是在燃烧模拟研究早期发展起来的，他们的共同特点是把缸内过程的每一瞬态看成是均匀的，抽去其燃烧物理．化学反应的复杂中间过程，仅把燃烧看成是按一定规律向系统加入热量的过程。

    这些模型对于分析、计算和预测内燃机性能起了重要的作用，能够预估燃烧过程中的主要性能参数，目前仍被广泛采用。

    但是，在这类模型中，用简单的数学关系掩盖了燃烧中物理．化学反应过程的本质，无法从机理上去把握其规律性。

    另外，均匀态的假设，也不能预测ＮＯｘ及其它排放物的生成；而计算的准确性又依赖于经验系数的选取，恰当与否与内燃机型式及运行条件有很强的依赖关系。

    这类模型实际上是一些纯经验模型，使用有局限性，特别是在排放物生成的预测上已无能为力【６】。

     准维模型从燃烧、可燃混合气形成、火焰传播等现象出发，将燃烧空间（雾束或者火焰）划分成若干个区域，列出描述分区内各参数随时间变化的关系式，然后计算各分区内的温度和浓度。

    这些方程式的集合，就构成燃烧现象模型。

    准维模型可以预测排放特性，特别是ＮＯｘ生成的预测中，需要知道燃烧室内的瞬时局部温度和空燃比，而这些在准维模型中都可以算出。

     零维模型和准维模型都是用热力学原理分析燃烧过程，对所涉及的流体动力学过程不予考虑，或只做极简单的处理，其控制方程是以时间为唯一变量的常微分方程。

    区别在于零维模型把整个气缸视为均匀场，不考虑参数随着空间位置的变化；准维模型则对空间做分区处理，各分区之间参数互不相同，从而能在一定程度上反映缸内参数随着空间的变化，由于燃烧空间场的分区，准维模型还能在一定程度上预测排放。

     由于对柴油机燃烧过程分析方式的不同，目前已发展了多种不同观点、不同功能、不同用途的准维燃烧模型，其中美国寇明斯（Ｃｕｍｍｉｎｓ）公司林慰辛等人提出的以气相喷注为基础的“气相喷注燃烧模型”和日本广岛大学广安博之等人提出的以油滴蒸发为基础的“油滴蒸发燃烧模型”比较有代表性，应用较为普遍，也比较成熟。

    这类模型一般由确定雾束几何形状及燃油．空气混合气浓度分步的喷注模型、燃烧热力学计算模型及排放物生成模型构成。

    林慰辛等人认为：在柴油机燃烧过程中，缸内工质的温度已远远超过燃油汽化的临界温度，因此，缸内燃油只能以燃油蒸汽状态存在，根据阿伯拉莫维奇（Ａｂｒａｍｏｖｉｃｈ）稳态气相射流理论，推导出基本的燃油一空气混合方程，再由实验加以修正。

    认 ４ 基于示功图的船用柴油机燃烧过程的研究为燃烧过程的进展，主要取决于燃油．空气的混合速率，由混合速率方程控制整个燃烧过程。

    广安博之等人则是从单个油滴的蒸发、燃烧规律出发，用以研究整个雾束内的油滴群，油滴间的相互作用，以实验确定的修正系数加以补偿。

    认为燃烧过程主要取决于燃油的蒸发速率。

     多维模型是缸内燃烧过程二维和三维空间分布的模型，基于守恒定律，从气体力学、化学反应动力学、热交换、质量交换和动量传递等方面建立描述内燃机燃烧过程的偏微分方程组，从而构成完整的计算模型【．７１。

     这类模型与零维和准维模型相比在性质上有很大的不同。

    在这类模型中，各守恒方程与描述湍流运动、化学反应、边界层特征相应的子模型一起，结合适当的边界条件，用数值方法求解。

    多维模拟是一个十分复杂的热力学系统，其中包含有气流运动，质量、动量和能量的传递与转换，燃油的喷射、雾化与蒸发，混合气的形成、着火与燃烧，传热，废气与微粒的排放以及边界条件等。

    其计算结果能够提供有关内燃机燃烧过程中的气流速度、温度和成分在燃烧时空间分布的详细信息，是一种较为精细的模型。

    但是在实际应用的过程中，在研究多维非定常流动的内燃机燃烧的情况下，要求解这样一组偏微分方程，只能做很多简化假定才有可能求解，所得结论仍然带有很大的猜测性，因此，在近期的一段时间内多维模型只是探索性的。

    从实用角度考虑，目前主要还是应用零维及准维燃烧模型。

    【８’９】 在多维模型的发展中，美国的ＬｏｓＡｌａｍｏｓ国家实验室和英国帝国理工学院的研究工作处于领先地位。

    在一系列多维模拟的程序中，美国Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ国家实验室开发的ＫＩＶＡ作为一个优秀的软件，已成为美国能源部能量转化和利用技术的一个组成部分。

    Ｃ。

    Ｗ．Ｈｉｒｔ等于１９７２年首次提出了目前广泛应用于内燃机缸内工作过程数值计算的ＩＣＥＤ－ＡＬＥ方法；１９８５年，美国的Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ研究所的Ａｍｓｄｅｎ等人开发了ＫＩＶＡ程序。

    １９８９年，Ａ．Ａ．Ａｍｓｄｅｎ等人在ＫＩＶＡ的基础上研制了ＫＩＶＡ－ＩＩ程序，该程序无论计算效率、计算精度、还是物理子模型、使用方便性和通用性都有了很大提高。

    １９９１年，美国Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ国家实验室在ＫＩＶＡ．ＩＩ的基础上研制出ＫＩＶＡ．３程序。

    该程序使用块结构，可以把许多复杂的几何形状分成许多简单的块结构来计算，可以用来计算非常复杂的几何形状，既节约了内存，又提高了速度。

    １９９７年２月，ＫＩＶＡ．３的改进版ＫＩＶＡ．３Ｖ 第１章绪论完成【１伊１２１。

    在ＡＬＥ数值计算方法发展的同时，１９７２年，英国帝国理工学院的Ｄ．Ｂ．ｓｐａｌｄｉｎｇ首创的半隐式控制容积法ＳＩＭＰＬＥ（Ｓｅｍｉ．Ｉｍｐｌｉｃｉｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒＰｒｅｓｓｕｒｅ．１ｉｎｋｅｄ Ｅｑｕａｔｉｏｍ）在算法上奠定了求解缸内化学流控制方程组的基础。

    Ａ．Ｄ．Ｇｏｓｍａｎ等人在１９７３年开发了一种用于内燃机缸内工作过程的计算程序，简称ＲＰＭ（Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ Ｐｉｓｔｏｎ Ｍｏｔｉｏｎ）程序，用来计算封闭轴对称气缸中无燃烧的层流流动。

    １９８２年，Ｇｏｓｍａｎ建立了直接喷射式柴油机缸内工作过程较为全面的数学模型，该模型考虑了燃烧化学反应。

    １９８４年，Ｇｏｓｍａｎ开发了直接喷射式柴油机缸内流动过程完全三维数值模拟计算程序。

    近年来，随着对内燃机工作过程的大量研究，开发出了一系列功能齐全的商用软件，如英国Ａｄａｐｃｏ公司的ＳＴＡＲ－ＣＤ软件，里卡多的ＶＥＣＴＩＳ软件及奥地利ＡＶＬ公司的Ｆｉｒｅ和Ｂｏｏｓｔ等软件，为内燃机的研制提供了十分便利的条件。

    国内内燃机工作者在消化和吸收了国外先进的数学模型、数值方法和计算程序的基础上，开发出许多内燃机工作过程数值模拟程序。

    如北京理工大学开发的三维内燃机工作过程通用模拟程序ＲＥＳ３Ｃ．ＩＩ；中国科学技术大学火灾科学院重点实验室开发的计算直喷式柴油机螺旋进气道与缸内空气运动的大型微机化程序ＩＰＩＣ．ＣＦＤ（１）；同济大学、江苏理工大学开发的涡流室式柴油机工作过程的三维模拟程序Ｅｎｇｉｎｅ．ＩＩ；吉林工业大学开发的微机版内燃机缸内多维气流运动模拟程序ＳＵＮ．１等。

    １１３，１４１１．１．３基于示功图的燃烧过程数值计算研究现状与发展 虽然目前国内外已开发出各种先进的燃烧模型，但仍不能取代示功图在计算缸内燃烧过程中的作用，特别是在零维模型或准维模型中，在特定的情况下可以起到燃烧模型的作用。

     内燃机的示功图除了可以提供表征发动机机械负荷和动力负荷的最高燃烧压力和压力升高率之外，还可以用来对燃烧过程进行分析。

    根据实测的示功图、基于燃烧过程中的能量平衡，用计算出的燃油燃烧放热效应来研究燃烧过程的进展，这种研究方法与其它一些方法相比较，其突出的一个特点是除了可以对燃烧过程进行定性的分析之外，还可以进行定量的分析。

    示功图分析可以推算 出燃烧释放的热量和释放的速度，整个计算过程是以发动机的综合燃烧放热效应为基础，而不是以局部区域为对象，因此它能够给予发动机的燃烧过程以总 ６ 基于示功图的船用柴油机燃烧过程的研究的定量的分析，能具体地揭示出燃烧在什么时候开始，燃烧的整个持续期有多长，以及在燃烧持续期间燃烧放热速度的大小和它的演变，这样就能对燃烧过程的进展给予量的分析，并且能够在发动机的性能指标与燃烧过程之间建立起数量方面的联系。

    示功图分析还能为较准确地预测出发动机的运行性能积累必要的数据资料。

    燃烧过程的进展直接影响发动机的性能指标；例如最高燃烧压力、油耗率、功率、平均有效压力等主要参数，还可对现有的、各种类型的发动机在不同条件下运行的示功图进行分析，计算出他们的燃烧放热速度图形，把这些材料积累起来，积累得愈多就愈有把握在设计新发动机时，预报它的主要性能，或从某一工况的性能出发，估计运行性能的变化【ｌ ５１。

     基于以上示功图的优点，自从内燃机问世以来，缸内压力分析法一直是内燃机研究者们分析工作性能的常用方法之一，特别是在知道喷油规律的情况下，能够更好的研究缸内的燃烧过程。

    国内外学者在用缸内压力示功图计算内燃机放热规律研究方面做了大量有成效的工作，在上个世纪九十年代在国外就有应用示功图诊断柴油机的产品出售了，如早期日本产的ＣＢ４６６、ＣＢ３６６燃烧分析仪，奥地利产的ＡＶＬ６５７数字分析仪【１６】。

    目前国外著名的产品主要有【１７】【１８】：奥地利ＡＶＬ公司系列产品：日本小野公司系列产品；瑞士Ｋｉｓｔｌｅｒ公司生产的ＤＥＷＥ系列：德国ＦＥＶ公司生产的ＦＥＶＩＳ系列；美国ＰＥＩ公司生产的ＤＡＢ系列。

    其中奥地利的ＡＶＬ公司和日本小野公司的产品在中国有.