1、缸内直喷气体燃料发动机文献综述缸内直喷低热值气体燃料发动机燃烧过程建模与仿真1 论文研究的背景能源和环境问题是近一个世纪人类最关心的两个问题，也是我国乃至世界各国坚持走可持续发展的重要战略问题。内燃机是石油资源的主要消耗源和大气环境5染的主要来源之一，其发展与能源形势和环境问题密切相关。我国汽车工业对石油能源的依赖性已经成为限制国民经济发展，能源安全的重要因素。世界上各国政府都在关注汽车保有量高速发展造成的大气污染问题和石油能源危机问题，一直努力地寻找解决途径，代用燃料汽车的开发成为行之有效的手段，如氢气汽车、甲醇汽车、电动汽车、气体燃料汽车等。近几年来，气体燃料发动机得到了国内外研究学者们的
2、广泛关注。在发动机燃用气体燃料研究领域，近些年来除了被称为高品质气体燃料的天然气外，低热值混合气体燃料(或称为低品质气体燃料)正在成为世界各国政府、企业及高校研究单位关注的焦点。低热值燃料的特征是:燃料组分中甲烷(CH4)含量相对较低(通常为40%一70%)，非烃气体含量较高(CO2、N2:为10%一40%);另外其热值较低，为天然气的50%左右。低热值燃气主要有以下几个来源:工业生产过程中产生的低热值燃气，如高炉煤气、炼油伴生气、瓦斯气，生物质热解气化气。这些低热值能源资源的利用是提高我国能源利用效率的重要技术途径，同时处理生产和生活的废弃物和垃圾，也有利于控制污染排放和净化生活环境。从燃料
3、的获取来源上讲低热值混合气体燃料主要由煤层气和沼气等组成。其中煤层气因开采获取方式不同又具体称为地面开发煤层气(Coal-Bed Methane；CBM)、井下抽放煤层气 (Coal Mine Methane，CMM)和报废矿井煤层气 (Abandoned Mine Methane，AMM)三种。从地面直接开采的CBM甲烷含量很高，通常在95%以上，但 CBM的开采量往往受到地质结构和开采技术的限制。而报废矿井中残存的AMM甲烷含量很低，一般在30%以下，其储藏点分散并储量少，开采成本常高于燃料利用价值，因此缺少工业应用前景。目前中国的煤层气主要是具有低热值混合气体燃料特征的CMM。低热值混合
4、气体燃料的另一主要来源是沼气。沼气是有机物在隔绝空气和一定的温度、湿度、酸碱度等条件下，经过沼气细菌作用而产生的可燃气体，是一种可再生的清洁气体燃料。开发利用低热值混合气体燃料在我国具有特殊的战略意义。我国是世界上最大的煤炭生产和一次能源消费国家，同时也是煤层气资源大国，我国煤层气资源居世界第三位，总储量与我国天然气资源量(38亿万立方米)相当，约为31亿万立方米。而在地域分布上又与天然气资源形成良好的互补性，我国煤层气资源集中在中部和东部地区，而天然气资源主要分布在西部地区。但目前我国煤层气不仅没充分发挥其资源优势，反而成为破坏生态环境和煤炭生产事故的主要来源。我国每年煤炭行业70%一80%
5、的重大伤亡事故是由井下未排出的CMM气引发的。我国是世界上最大的煤炭生产和一次能源消费国家，同时也是煤层气资源大国，我国煤层气资源居世界第三位，煤层气资源总量为30-35万亿立方米，储量与我国天然气资源量(38亿万立方米)相当，而且煤层气资源在地域分布上又与天然气资源形成良好的互补性，我国煤层气资源集中在中部和东部地区，而天然气资源主要分布在西部地区。煤层气资源的大量开采利用能够促进燃料结构调整，有助于改善煤炭安全开采，改善大气质量，是中国经济可持续发展的战略能源。由此可见，开发利用低热值混合气体燃料有利于我国优化能源结构，缓解能源紧X局面和保护环境，同时对保证煤炭生产安全和可再生能源的利用具
6、有非常深远的社会意义。意义2 低热值气体发动机研究现状近些年来，国内外先后开发出燃用低热值混合气体燃料的新型气体燃料发动机。奥地利Jenbacher Werke.A.G公司在上世纪90年代推出了JW208GB低热值气体燃料发动机，该机可燃用沼气，额定转速为1500r/min，额定功率为134千瓦。日本Niigata公司推出了双燃料的混合气体燃料发动机，该产品通过将少量柴油喷入缸内引燃混合气，实现了低热值混合气体燃料的稳定高效燃烧。另外，在澳大利亚、英国、俄罗斯、波兰等国低热值气体燃料发动机也得到开发应用。我国胜利油田管理局动力机械厂在2000年开发出以CMM为燃料的内燃机发电机组，尽管与国外同
7、类发动机相比该机价格较低，但其单机功率小于500千瓦，发电效率较低，时常因煤层气组分浓度变化出现燃烧不稳定及停机现象。阿拉巴马大学K.C.Midkiff研究了燃用4种不同组分配比的低热值气体燃料发动机的排放特性，发现低热值混合气体燃料组分配比对发动机的排放性能有明显影响，与天然气发动机相比，低热值混合气体燃料中的CO2:成份可使氮氧化物排放量降低。马来西亚saifulBari等人研究了非烃气体二氧化碳对低热值气体燃料发动机性能的影响，发现CO2:体积组分量为40%左右时，发动机与天然气发动机性能接近;而采用双燃料工作模式，燃用CO2组分量为30%左右，低热值气体燃料发动机部分性能参数优于天然气
8、发动机。SaifulBari认为是CO2的高温分解反应生成的一氧化碳和氧气起作用加快了火焰传播速度，使发动机的燃烧过程性能得到调整优化。由于低热值混合气体燃料的着火温度高，燃烧速度低，使得低热值气体燃料发动机普遍存在着火延迟时间较长，急燃期内参与燃烧的燃料少，后燃期长和动力性降低的问题，因此探讨改善低热值混合气体燃料着火性能和提高其燃烧速度成为提升发动机性能的关键问题。瑞士工业能源试验室(LENI)Anne Roubaud等人通过改变燃烧室结构，采用预燃室实现稀当量比低热值气体燃料发动机燃烧和排放特性的明显改善。XX工业大学左承基教授在研究火花点火式煤层气发动机时发现优化点火提前角和压缩比，可
9、使发动机起动及怠速性能稳定，带负荷工作可靠。XX大学熊树生教授研究沼气发动机时发现选择紊流型燃烧室结构，加大缸内紊流强度，加强点火能量和增大压缩比，可有效缩短着火延迟时间。2.1缸内直喷进气方式的研究现状燃料供给系统是气体燃料发动机至关重要的组成部分之一。气体燃料供气方式及控制系统将对气体燃料发动机的综合性能提高起着至关重要的作用。燃料的形成技术对后燃和压力升高率等燃烧问题也有很大影响。所以供气方式的选择在气体燃料发动机改造技术中是十分重要的环节。柴油机的燃料是在压缩行程末喷入气缸内，进气过程只有纯空气流入，所以进气系统比较简单。而燃用低热值气体燃料时，发动机在进气行程中吸入的是低热值气体燃料
10、和空气的混合气。低热值燃气燃烧难以点燃和控制，燃烧时容易出现回火或吹熄等现象，稳定燃烧不易实现。燃料喷射系统对于低热值气体燃料发动机的工作稳定性，经济性和排放性而言就更加重要，燃料喷射系统直接关系着低热值燃气发动机的工作性能，是发动机燃用低热值气体燃料成功与否最为重要的组成部分之一。发动机的供气形式主要包括进气道混合器预混合供气方式、进气道单点喷射预混合供气方式、缸外进气门处喷射供气方式以及缸内气体燃料喷射控制方式。这几种方式的特点如下:(l) 进气道混合器预混合供气方式是应用较早的方案，由于它具有汽油机的特征，以及供气装置简单，现在仍被广泛应用，它的不足之处在于即使采用电控混合器，在气体燃料
11、流量较小时也难以精确控制气体燃料的流量，而且气体燃料占据空气冲量可达10%15%，影响发动机燃烧过程和升功率。(2) 缸外进气门处喷射供气方式是将气体喷射阀安装在各缸进气道进气门处，可实现对每一缸的定时定量供气，通常称之为电控多点气体喷射系统，它可以减轻和消除由于气门重叠角存在，燃气直接逸出而导致的排放恶化和燃料浪费等不良影响。进气门处喷射由于可以由软件严格控制气体燃料喷射量和喷射时刻与进排气门及活塞运动的相位关系，易于实现定量供气和层状进气。可根据发动机转速和负荷，更准确的控制对发动机功率、效率和尾气排放有重要影响的空燃比指标，实现稀薄混合气燃烧，更进一步提高发动机的动力性、经济性，以改善排
12、放特性。当然它也有缺点，即气体燃料和空气没有充足的时间形成均匀的混合气。(3) 缸内气体燃料喷射方式。缸内喷射方式又分为高压缸内喷射和低压缸内喷射两种。高压喷射是在压缩冲程的末端将气体燃料喷射入燃烧室，需要很高的压力。气体燃料不是在进气道与空气预先混合，而是在压缩冲程中活塞接近上止点时直接以很高的压力喷射到气缸内的空气中。燃料气流和气缸中的空气充量的混合速度由燃料的喷射过程及燃烧来进行控制。由于压缩过程中不存在燃料和空气的预混合，消除了爆震的可能性。从充气效率的角度来看，缸内高压喷射对于空气充量几乎没有影响，克服了缸外进气道喷射充气效率降低的缺点，为进一步完善发动机的各项性能提供了极为有利的条
13、件。而低压喷射只是在吸气冲程将气体燃料喷入缸内。在进气门关闭后，将气体燃料喷入气缸，在着火之前形成均质的预混合气并采用电火花点火或喷入少量引燃油使混合气燃烧。因为气体燃料是在进气门关闭后喷射，因而喷射压力比较低，通常在0.2-1MPa，但与进气道喷射压力相比，还是比较高的。这种方式避免了气体燃料在进气混合时占有一定体积的缺陷，使进气充量提高。但是，低压缸内直喷发动机的压缩比比较低，限制热效率进一步提高。另外，由于仍然需要采用节气门通过节流作用调节发动机的充量，在中小负荷时节流损失大。本研究采用的是缸内直喷的进气方式，缸内喷射方式具有和缸外喷射供气方式相同的优点，它对空气充量几乎没有影响，能部分
14、地恢复气体燃料发动机的功率，但其系统结构复杂，需对发动机燃烧系统做较大的改动，同时使喷射阀处于极恶劣的工作环境，对喷射阀的密封、润滑和可靠性提出很高的要求。2.2内燃机燃烧过程仿真现状内燃机燃烧过程决定了内燃机的经济性和动力性，并对燃烧噪声和排放有重要影响。因此研究燃烧过程有极其重要的意义。但内燃机燃烧过程是一个极为复杂的过程，它受到化学反应动力学、流体力学、传热学和热力学等定律的支配。内燃机的燃烧还带有许多本身固有的特点，如燃烧室形状比较复杂，燃烧是在高压和非稳态条件下进行，发生于一个三维的、与时间有关的、其化学反应机理还不十分清楚的系统中，这些增加了研究中的困难。近年来，由于先进测试技术如
15、高速摄影和取样、激光技术以及计算机的运用，燃烧过程的研究正在取得较大的进展。自60年代后，由于计算机的广泛应用，使得对燃烧过程进行模拟计算成为可能，在模拟的条件下，用一些数学模型预测发动机特性。这个模型变化多种多样，经过几十年的发展，各种描述燃烧过程的模型层出不穷，其中有的模型已日趋完善。“仿真”一词源自英语，Simulation，有时也译为“模拟”。仿真是对真实系统(物理系统)在不失其物理本质特征的前提下所作的一种合理简化与高度概括。计算机仿真是在计算机上通过系统模型去模拟一个实际存在或正在设计中的真实系统，以再现(可视化)或分析(数值计算)真实系统的本质特征，其过程就是一个建立模型、运行模
16、型和分析模型的过程。计算机仿真于20世纪40年代首先应用于航空、航天，并很快向其他领域、学科扩展，目前己普遍应用于科学研究、生产组织、工程设计、经济调控及社会发展等各个方面。随着现代科学技术的不断进步，计算机仿真技术必将得到进一步的发展，在工程上发挥越来越重要的作用。内燃机缸内工作过程的仿真计算属计算流体力学(CFD)的X畴。其缸内工作过程伴随着极其复杂的流体运动，不仅有气体的流动，还包括喷油过程、雾化、蒸发及燃烧过程，并且随着活塞运动和进排气阀的运动，流体边界和边界条件都处于快速的变化过程中，要想利用计算机完全重现内燃机的全部工作过程相当困难。1.4.1内燃机燃烧数值模拟与燃烧模型内燃机的燃
17、烧模拟是整个内燃机工作循环模拟的中心环节。即使在常规的火花点火式内燃机中，很多模型假定燃料和空气是预混合的，燃烧过程仍然是在一个三维的随时间变化的紊流中发生的，燃料由几百种不同的有机化合物混合而成，其燃烧化学特性所知不多，而且发生燃烧的燃烧室其形状随时间而变，其移动壁面直接影响过程的进展。在柴油机和其他燃料喷射内燃机、以及某些类型的分层充量内燃机中，由于燃料在燃烧室中的不均匀分布以及燃料与空气混合过程的重要性，燃烧过程更加复杂。内燃机燃烧过程的数学模型，主要指描述内燃机工作过程中缸内流动工质的传质、传热的流体力学与热力学行为的一组物理和化学的数学方程式。它从内燃机有关工作过程的物理化学模型出发
18、，用微分方程对有关工作过程进行数学描述，然后用数值计算法联立求解上述微分方程组，求得各参数随时间变化的规律，进而可以了解有关各参数对内燃机性能的影响。由于内燃机中燃烧过程的复杂性，理论上燃烧过程中缸内各种场函数r(压力、温度、产物浓度等)随时间和空间瞬时变化，即场函数是随时间和三维空间共四个变量变化。用t表示时间，x，、x2、x3表示三维空间坐标。则有r=(t，xl，x2，x3)。由于燃烧过程的这一特点，使得用理论公式对它进行描述非常困难，不仅要用到化学热力学反应、流体力学、传热传质学等学科领域中的成果，而且还要对内燃机实际燃烧过程进行各种假设，以保证主要现象模拟的准确性。假设条件是模型的核心
19、，而且也是划分模型的标志。人们在相应的研究中针对各种特定的研究对象，对问题采用不同的处理方法，提出了各种燃烧模型。燃烧模型通常按维数分为零维模型、准维模型及多维模型三类.1.零维模型零维模型又称为单区模型。它假定气缸内工质均匀分布，各种热力学参数和热物性参数处处相等，即随时处于热力学平衡状态，通过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，建立一种燃烧放热过程的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性参数间的关系。这类模型大多是在燃烧模拟早期发展起来的，它们的共同特点是把缸内过程的每一个瞬态看成均匀的，抽去其燃烧物理化学反应的复杂中间过程，仅把燃烧看成
20、是按一定规律向系统假如热量的过程。零维模型进气过程中进入气缸的气流用准定常单维流动方程来处理。当管道中的动力现象不可忽略时，用单维非定常气流方程加以计算，并用特征线性法求解。未燃混合气的成分假定为空气、燃料蒸气和残余废气(或EGR废气)混合气各组成的比热用温度的多项式来模拟。在燃烧期间，气缸内有已燃气体区、未燃气体区和边界层。对于火花点火发动机，就是以火焰面为分界，火焰面以内为已燃气体区，火焰面以外为未燃气体区，反应区就在火焰面上，火焰面的厚度很薄，在建立模型时可以忽略不计。燃烧过程模拟的一个重要的工作就是必须确定质量燃烧率，质量燃烧就是气缸内混合气的燃烧量百分比随曲轴转角变化的规律。在零维模
21、型中，质量燃烧率是通过经验公式来确定的，其中最典型的是余弦公式：式中-曲轴转角；-开始点火时曲轴转角；-点火持续角度。这也是零维模型的主要缺点之一，由于先指定质量燃烧率，这样与实际工作过程不免会有偏差，影响了零维模型的模拟精度，为了克服这一缺点，就导致了准维燃烧模型的发展。时至今日，零维模型己被广泛用于内燃机设计和研究中去，零维模型主要应用在两个方面。l)根据己知示功图计算放热率曲线。零维模型根据己知的P-V图，通过缸内工质的能量守恒方程、质量守恒方程、理想气体状态方程及各种气体的热物性参数、壁面传热公式等关系计算出缸内燃料的放热率或燃烧率。在这方面，也有许多厂家开发出各种计算分析设备。如AV
22、L的燃烧分析仪、小野测器CB系列燃烧分析仪以及PEI燃烧分析仪等。2)用经验的放热规律预测示功图，计算各种参数变化对内燃机性能的影响，以及找出最佳参数匹配。在这里，如何拟合内燃机放热规律是首要问题，许多学者进行了研究，如前苏联学者提出的韦伯函数;美籍华人林慰梓提出的三角形迭加法等;我国学者顾宏中提出了用一个幂函数模拟直喷式柴油机的预混合燃烧放热尖峰，再用一个韦伯函数模拟扩散燃烧的方法，并提出了燃烧品质系数m、燃烧持续角、进气压力和温度及发动机转速等参数之间的对应关系。但是，这类模型中，用简单的数学关系掩盖了燃烧中的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
23、测氮氧化物及其它排放物的生成;不能分析喷雾、蒸发、混合及火焰传播对燃烧过程的影响。而计算的准确性又依赖与经验系数的选取，对内燃机型和运行条件有很强的依赖关系。2.准维模型准维模型也叫分区模型，它是把零维模型的热力学框架可以应用的X围拓宽到燃烧过程的变化可能是主导因素之一的问题，从实际燃烧的物理、化学过程出发，建立简化的燃烧模型。与零维模型相比，在热力学模型的基础上考虑燃烧程的中间细节，如油束的形成和发展、油滴与空气的相对运动、气缸内工质温度分布、油滴及油气浓度分布等，把燃烧室按火焰位置或喷注空间分布形态分成两个以上的区域，即未燃区域、燃烧区域和己燃区域，然后计算各分区内的温度和浓度。这类模型分
24、别考虑喷雾分散、油滴蒸发、混合与卷吸、燃烧与火焰传播及燃区燃烧产物变化等子过程，组成燃烧模型预测缸内不同区域的燃烧温度，并针对不同机型侧重不同的子过程，可依据各区域随时间的变化预测内燃机的放热率，使放热率更接近实际。准维模型虽未能仔细考虑空间分布，但从燃烧、可燃混合气形成等现象出发，列出描述分区内各参数随时间变化的关系式，既避免了零维模型的过于粗糙，又不像多维模型那样需要巨大的计算工作量，能在一定程度上反映有关参数随燃烧室空间位置的变化，对于特定的机型，可以较准确的预测其燃烧过程的主要性能参数，准维模型还能在一定程度上预测排放性能，因而深受到工程设计领域的青睐。总的来说，准维模型与零维模型相同
25、，也是以时间(或曲轴转角)为唯一自变量，因此控制方程均为常微分方程。虽然具有简便易行、计算时间少的优点，但却都难以精确计算燃烧室几何参数变化、缸内气流状况变化对燃烧过程的影响。要更精确地模拟内燃机的实际燃烧过程，就需要在气缸内建立更复杂的模型。零维模型和准维模型的实质都是建立在对内燃机工作循环中气缸内工质的热力学分析的基础上。进气过程中进入气缸的气流用准定常单维流动方程来处理。当管道中的动力现象不可忽略时，用单维非定常气流方程加以计算，并用特征线性法求解。未燃混合气的成分假定为空气、燃料蒸气和残余废气(或EGR废气)混合气各组成的比热用温度的多项式来模拟。在燃烧期间，气缸内有已燃气体区、未燃气
26、体区和边界层。对于火花点火发动机，就是以火焰面为分界，火焰面以内为已燃气体区，火焰面以外为未燃气体区，反应区就在火焰面上，火焰面的厚度很薄，在建立模型时可以忽略不计。燃烧过程模拟的一个重要的工作就是必须确定质量燃烧率，质量燃烧就是气缸内混合气的燃烧量百分比随曲轴转角变化的规律。由美国康明斯公司的林慰梓等人提出的以气相喷注为基础的“气相喷注模型”和由日本广岛大学XX博之等人提出的以油滴蒸发为基础的“油滴蒸发燃烧模型”是两种常用于模拟柴油机燃烧过程的准维燃烧模型。对于汽油机准维燃烧模型来说，一种方法是把燃烧过程模拟成一个面积为的火焰前锋面，以湍流燃烧速度向未燃混合气传播。另一种方法是由NCBliz
27、ard等提出的，并由RJTabaczynski等加以发展的模拟方法。他们根据湍流卷入机理，先将未燃的混合气卷入火焰前锋，接着是一个特征长度尺度的层流烧尽过程，以此模拟火焰传播过程。3.多维模型零维模型和准维模型都是在热力学理论的基础上，以时间为自变量来描述燃烧过程的。零维模型是单区模型，把整个燃烧室看作是一个区域;而准维模型把燃烧室分成两个燃烧区域。零维模型和准维模型可以用于内燃机设计参数和运行参数的变化对内燃机的动力性能、经济性能以及排放性能影响的研究。但零维和准维模型远不能从本质上去揭示有关燃烧现象的机理，因而也就不能对内燃机的性能做出较详尽的客观分析和预测，其应用也缺乏普遍性。多维模型是
28、考虑到缸内过程物理域二维和三维空间分布的模型，这类模型与零维或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。计算结果能够提供有关内燃机燃烧过程中的气流速度、温度和成份在燃烧时空间分布的详细信息，是一种较为精细的模型。燃烧过程的三维模拟较进排气流动模拟还处于初级开发阶段。缸内燃烧过程包含湍流流动、化学反应及层流扩散。目前对火焰的结构及其传播机理的研究还不够充分，还不能提出切实有效的燃烧模型。但也出现了很多应用于内燃机领域的各种燃烧模型和方案。火花塞点火式发动机的点火模型只受质量和能量守恒方程的控
29、制。点火模型可分为：不考虑时间变化，只考虑最小点火能量或最小点火核半径的现象模型；包含时间微分项，从零维、一维、二维以及三维模拟的解析模型。燃烧过程各循环间差别由点火核成长期内湍流对火焰面积、热损失等的影响决定。火花点火发动机的预混合湍流火焰结构主要有两种：可忽略火焰自身厚度的薄面火焰结构和需要考虑化学反应速度的分布式火焰结构。后者主要因低负荷运转时残留废气及再循环废气的增加导致的层流火焰速度降低引起的。火花塞点火发动机的预混合湍流火焰的结构依据Damkohler数为：Damkohler数充分大时可忽略火焰自身厚度的薄面结构和Damkohler数较小时需要考虑化学反应速度的分布式火焰结构。后者
30、主要因低负荷运转时残留废气及废气再循环的增加导致的层流火焰速度的降低引起。火花塞点火发动机的Damkohler数和雷诺数一般都大于1。根据火焰厚度与Kolmogorov微尺度之比将火焰区域分为：小于1的皱折火焰区域和大于1的具有空穴的空穴皱折火焰区域。涡团破碎模型(Eddy Break Up Model)可应用于薄面火焰结构上，因其计算简单被广泛应用于三维计算中。可在所有发动机运行工况X围内应用的燃烧模型有assumed PDF模型(设定的概率密度函数模型，该模型利用概率密度函数来表征湍流参数)和火焰区域模型等。目前，在火花点火发动机的三维数值模拟中，应用前景最好的是基于层流火焰的CFM(Co
31、herent Flame Model)相关火焰模型。国内外研究火花塞点火式发动机燃烧模拟的热点主要集中在：现有三维CFD软件的二次开发、低热值气体发动机燃烧特性的研究、氢和含氢燃料发动机的研究以及不易进行实验的新型燃烧理论的验证上。1.4.2内燃机多维模拟方法发展概述最早的多维数值模拟可追溯到上世纪70年代初期，Watkins在其博士论文中计算了一个二维轴对称、无燃烧、无喷射的缸内气体流动的例子；Boni等人结合Hirt等人发展的ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian：任意拉格朗日欧拉法）方法，并加入燃烧和湍流子模型，用二维模型分析模拟了发动机压缩过程和作功过程。这
32、些早期模拟工作现在看起来有些粗糙，但它们为柴油机工作过程数值模拟研究的发展奠定了基础。自上世纪80年代以来，随着计算机技术的普及，计算数值方法和计算流体力学等学科的日趋成熟，柴油机工作过程多维数值模拟得到了迅速发展，各种子模型如燃烧、喷雾、传热、传质等模型被不断完善，为全面深入模拟内燃机机工作过程奠定了良好的基础。1984年，随着Gosman发表了求解缸内三维湍流场的论文后，内燃机多维数值模拟进入到一个新的发展阶段，在这阶段相继有一些内燃机三维数值模拟软件问世，如KIVA，RPM，PHOENEICS，STAR-CD，EPISO，FLUENT，VECTIS，fire等，为内燃机的研制提供了十分便利的条件。其中美国的Los Alamos国家实验室和英国帝国理工学院在这方面的研究工作处于国际领先地位，他们分别提出了ALE法和Simple计算方法。美国Los Alamos国家实验室的C.W. Hirt等人于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（the Implicit Continuousfluid Eulerian and the Arbitrary LagrangianEulerian）方法。此隐式方法可以避免显示计算可能受到的音速稳定性的限制，
