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商品簡介
序
目次
商品簡介
本書系統地介紹了內燃機計算燃燒學這一新興學科的結構體系及其基本理論、模型和方法。全書分為7章，除基礎知識外，分別論述了內燃機燃燒過程的4個基本子模型，即缸內湍流流動模型、燃油噴霧模型、燃燒與排放模型及缸內傳熱模型，並專門介紹了當前國際發動機研究熱點－HCCI燃燒及低溫燃燒的理論與計算模型。全書充分反映了當前國內外內燃機燃燒模擬的成就與全貌，有助於讀者迅速進入該學科的前沿。
序
自本書第二版問世以來，又是整整十年了。作為一個蓬勃發展的學科，十年的經驗積累和長足進展使本書的再次修訂成為必要。在本次修訂之際，我們的指導思想較前兩版有所調整，即在保證本書內容的系統性和先進性的前提下，不再追求取材的全面和新穎。實踐證明，要想把內燃機燃燒模擬領域內的所有新成果都納入一本書中，既是不可能的，也是不實用的。因此我們遵循的原則是，一方面，在國內外本領域的海量文獻中，僅選取那些經過實踐的考驗，具有旺盛的生命力並得到廣泛應用的成果（具體而言，即在SCI等檢索系統中得到大量引用）加以介紹；另一方面，作為一部專著，應充分反映著者本人及其研究團隊近年所取得的成果與進展。
新版的全書篇幅與第二版相當，共8章。第1章導論基本未做改動。第2章介紹缸內湍流流動模型，較第二版主要補充了k-ε模型的發展，特別是大大充實了大渦模擬和直接數值模擬方面的內容；同時，新增了本徵正交分解方法的介紹。第3章燃油噴霧模型，主要在油束分裂及霧化模型中增加了ELSA模型，以及霧化過程的直接數值模擬；同時在空化模型中補充了KH-ACT模型，噴霧與固壁的相互作用模型中增加了適用於PCCI發動機的一個碰壁模型。此外還增加了作為當前學科發展前沿的跨臨界／超臨界噴霧的概述。第4章燃燒模型，主要大幅擴充了EDC模型的論述，並新增了EFCM-32模型的介紹。同時，從準維模型和湍流燃燒的PDF模型中刪除了部分相對陳舊的內容。第5章傳熱模型做了大幅刪減，主要刪除了有關區域法、熱流法和蒙特卡羅法的介紹，因這些內容在其他書中均可找到。唯一新增的內容是壁面對流換熱的共軛傳熱法。第6章有重要變動，標題也從“HCCI發動機的數學模擬”改為“化學反應動力學機理與排放模型”，這是因為HCCI發動機模擬的關鍵問題就是反應機理的構建，而且近年來，新概念發動機已經從HCCI擴展到PCCI、RCCI等多種形式，單獨針對HCCI的數學模擬未免局限。鑑於此，原有關HCCI各類模型及優化的內容全部刪除。簡化的化學動力學模型及其構建方法中增加了直接關係圖法；同時，用較大的篇幅講述著者團隊發展的構建骨架機理的解耦法。此外，原安排在第4章的排放模型移到第6章，因為排放物形成與氧化主要是反應動力學問題。其中多組分燃料的碳煙模型一小節是新寫的。第7章數值計算方法中主要刪除了關於有限容積法和KIVA程序的介紹，其他未做變動。與此同時，本版新增加了第8章，主要根據讀者意見，面向數值計算實際應用，總結歸納了各種CFD軟件及相關計算模型的特點及其選取、有關模型參數的設置等大量信息，相信對讀者會有較大的參考價值。希望這些修訂能夠提高本書的理論參考價值和實用性。
新版的全書篇幅與第二版相當，共8章。第1章導論基本未做改動。第2章介紹缸內湍流流動模型，較第二版主要補充了k-ε模型的發展，特別是大大充實了大渦模擬和直接數值模擬方面的內容；同時，新增了本徵正交分解方法的介紹。第3章燃油噴霧模型，主要在油束分裂及霧化模型中增加了ELSA模型，以及霧化過程的直接數值模擬；同時在空化模型中補充了KH-ACT模型，噴霧與固壁的相互作用模型中增加了適用於PCCI發動機的一個碰壁模型。此外還增加了作為當前學科發展前沿的跨臨界／超臨界噴霧的概述。第4章燃燒模型，主要大幅擴充了EDC模型的論述，並新增了EFCM-32模型的介紹。同時，從準維模型和湍流燃燒的PDF模型中刪除了部分相對陳舊的內容。第5章傳熱模型做了大幅刪減，主要刪除了有關區域法、熱流法和蒙特卡羅法的介紹，因這些內容在其他書中均可找到。唯一新增的內容是壁面對流換熱的共軛傳熱法。第6章有重要變動，標題也從“HCCI發動機的數學模擬”改為“化學反應動力學機理與排放模型”，這是因為HCCI發動機模擬的關鍵問題就是反應機理的構建，而且近年來，新概念發動機已經從HCCI擴展到PCCI、RCCI等多種形式，單獨針對HCCI的數學模擬未免局限。鑑於此，原有關HCCI各類模型及優化的內容全部刪除。簡化的化學動力學模型及其構建方法中增加了直接關係圖法；同時，用較大的篇幅講述著者團隊發展的構建骨架機理的解耦法。此外，原安排在第4章的排放模型移到第6章，因為排放物形成與氧化主要是反應動力學問題。其中多組分燃料的碳煙模型一小節是新寫的。第7章數值計算方法中主要刪除了關於有限容積法和KIVA程序的介紹，其他未做變動。與此同時，本版新增加了第8章，主要根據讀者意見，面向數值計算實際應用，總結歸納了各種CFD軟件及相關計算模型的特點及其選取、有關模型參數的設置等大量信息，相信對讀者會有較大的參考價值。希望這些修訂能夠提高本書的理論參考價值和實用性。
目次
目錄
第三版前言
第二版前言(摘錄)
第1章導論1
1.1概述1
1.2內燃機燃燒模型的發展和分類2
1.3化學流體力學基本控制方程組3
本章參考文獻5
第2章內燃機缸內湍流流動模型7
2.1湍流基礎知識7
2.1.1湍流的基本特徵7
2.1.2湍流統計理論的若干基本概念9
2.2內燃機缸內湍流流動的特點18
2.2.1缸內氣體流動的演變過程18
2.2.2內燃機中湍流的定義和描述19
2.2.3缸內湍流的主要特點21
2.3內燃機缸內湍流流動的數學模型25
2.3.1雷諾方程和湍流黏性係數25
2.3.2湍流黏性係數模型27
2.3.3單方程模型——湍能的k方程模型29
2.3.4雙方程模型——k-ε模型33
2.3.5k-ε模型的發展38
2.3.6重整化群(RNG)方法在湍流模擬中的應用40
2.3.7雷諾應力模型(RSM)46
2.3.8代數應力模型(ASM)54
2.3.9非線性渦黏度模型(NLEVM)55
2.3.10湍流的大渦模擬(LES)62
2.3.11湍流的直接數值模擬73
2.4湍流的快速畸變理論74
2.5本徵正交分解（POD）方法在湍流分析中的應用80
2.5.1POD數學方法81
2.5.2POD流場四分解82
本章參考文獻84
第3章燃油噴霧模型89
3.1噴霧場的結構89
3.1.1噴霧場的分區90
3.1.2噴霧的近場特性91
3.2氣相射流模型92
3.3油氣兩相模型94
3.3.1連續液滴模型（CDM）94
3.3.2離散液滴模型(DDM)95
3.4兩相噴霧的動力學和熱力學過程100
3.4.1油滴的阻力與變形100
3.4.2油滴的傳熱與蒸發102
3.4.3液滴的湍流擴散106
3.4.4液滴的碰撞和聚合108
3.5油束分裂及霧化模型110
3.5.1液體射流分裂霧化的四種形態110
3.5.2霧化機理研究概況112
3.5.3液體射流分裂與霧化的線性穩定性分析116
3.6液體射流分裂霧化的模型129
3.6.1Kelvin-Helmholtz(KH)模型130
3.6.2Rayleigh-Taylor(RT)模型133
3.6.3TAB模型135
3.6.4ETAB模型137
3.6.5ELSA模型141
3.6.6油束分裂及霧化的直接數值模擬144
3.7考慮噴孔影響的模型147
3.7.1噴孔內的空化現象147
3.7.2空化模型148
3.7.3組合模型154
3.8噴霧與固壁相互作用及其模擬158
3.8.1液滴碰壁的各種形態159
3.8.2碰壁液滴的計算模型161
3.9跨臨界/超臨界噴霧概述171
本章參考文獻176
第4章內燃機燃燒與排放模型180
4.1概述180
4.2汽油機燃燒的零維和準維模型181
4.2.1零維單區模型181
4.2.2準維多區模型183
4.2.3計算燃燒率的現像模型185
4.2.4湍流火焰傳播速度模型188
4.3柴油機燃燒的零維和準維模型191
4.3.1零維模型191
4.3.2準維模型197
4.4湍流燃燒模型208
4.4.1湍流燃燒的平均反應率及相關矩封閉法209
4.4 .2基於湍流混合速率的方法211
4.4.3特徵時間模型216
4.4.4概率密度函數方法220
4.4.5湍流燃燒的層流小火焰模型228
4.4.6湍流燃燒的條件矩封閉模型237
4.4.7基於湍流火焰幾何描述的模型240
4.4.8ECFM-3Z模型246
4.4.9湍流火焰傳播的分形模型253
本章參考文獻262
第5章內燃機缸內傳熱模型267
5.1引言267
5.2經驗和半經驗傳熱模型268
5.2.1計算對流傳熱係數的經驗模型269
5.2.2計算對流傳熱係數的半經驗模型269
5.2.3輻射傳熱的經驗模型272
5.3壁面對流換熱的多區模型275
5.4壁面對流換熱的多維模型279
5.4.1熱邊界層法279
5.4.2計算壁面對流換熱的共軛傳熱法283
5.5輻射傳熱的多區模型286
5.5.1輻射傳遞方程的特點286
5.5.2區域法在缸內輻射傳熱中的應用288
5.6輻射傳熱的多維模型296
5.6.1概述296
5.6.2球諧波近似法297
5.6.3離散傳遞法299
5.6.4離散坐標法300
本章參考文獻303
第6章化學反應動力學機理與排放模型306
6.1引言306
6.2化學反應動力學模型概述307
6.2.1正庚烷的氧化機理308
6.2.2異辛烷的氧化機理310
6.2.3化學動力學模型的分類311
6.3簡化化學動力學模型的構建方法312
6.3.1反應機理的自動生成法312
6.3.2敏感度分析314
6.3.3準穩態近似法316
6.3.4固有低維流形法319
6.3.5反應率控制的約束平衡法321
6.3.6直接關係圖法324
6.3.7集總模型329
6.4幾種常用的骨架機理模型330
6.4.1前期和中期的模型330
6.4.2近期的模型332
6.5構建骨架機理的解耦法339
6.5.1解耦法的原理339
6.5.2用解耦法構建骨架模型的實施過程342
6.5.3解耦法的改進345
6.5.4解耦法的應用347
6.6多維反應動力學計算的列表存取法354
6.6.1列表存取法的基本原理354
6.6.2非結構化自適應列表法（ISAT）356
6.6.3ISAT的改進——PaISAT359
6.6.4列表存取法的新發展361
6.7內燃機氮氧化物排放的模擬362
6.7.1擴充的Zeldovich機理363
6.7.2Hewson-Bollig機理(HB模型)365
6.8碳煙排放模型368
6.8.1概述368
6.8.2經驗模型369
6.8.3半經驗模型372
6.8.4詳細模型380
6.8.5一個基於PAHs骨架機理的多組分燃料的碳煙模型392
本章參考文獻401
第7章數值計算方法410
7.1概述410
7.2任意拉格朗日-歐拉法(ALE)412
7.2.1離散化方法413
7.2.2ALE方法的基本計算步驟414
7.2.3穩定性條件420
7.3初始條件和邊界條件421
7.3.1初始條件421
7.3.2氣閥邊界條件421
7.3.3處理湍流固壁邊界的壁函數法424
本章參考文獻431
第8章常用內燃機CFD軟件計算模型及使用指南432
8.1湍流流動模型432
8.2燃油噴霧模型437
8.2.1噴嘴內流和噴霧霧化模型437
8.2.2液滴碰撞與聚合模型442
8.2.3液滴碰壁模型444
8.2.4壁面液膜模型448
8.2.5燃油蒸發模型451
8.2.6液滴阻力模型455
8.2.7液滴湍流擴散模型457
8.3燃燒與排放模型457
8.3.1著火延遲模型457
8.3.2非預混合燃燒模型458
8.3.3點火和初始火焰核發展模型460
8.3.4層流和湍流火焰速度模型462
8.3.5火焰傳播模型463
8.3.6部分預混燃燒模型及其他通用燃燒模型466
8.3.7氮氧化物和碳煙排放模型468
8.4模型選擇和使用的幾點建議470
本章參考文獻470
第三版前言
第二版前言(摘錄)
第1章導論1
1.1概述1
1.2內燃機燃燒模型的發展和分類2
1.3化學流體力學基本控制方程組3
本章參考文獻5
第2章內燃機缸內湍流流動模型7
2.1湍流基礎知識7
2.1.1湍流的基本特徵7
2.1.2湍流統計理論的若干基本概念9
2.2內燃機缸內湍流流動的特點18
2.2.1缸內氣體流動的演變過程18
2.2.2內燃機中湍流的定義和描述19
2.2.3缸內湍流的主要特點21
2.3內燃機缸內湍流流動的數學模型25
2.3.1雷諾方程和湍流黏性係數25
2.3.2湍流黏性係數模型27
2.3.3單方程模型——湍能的k方程模型29
2.3.4雙方程模型——k-ε模型33
2.3.5k-ε模型的發展38
2.3.6重整化群(RNG)方法在湍流模擬中的應用40
2.3.7雷諾應力模型(RSM)46
2.3.8代數應力模型(ASM)54
2.3.9非線性渦黏度模型(NLEVM)55
2.3.10湍流的大渦模擬(LES)62
2.3.11湍流的直接數值模擬73
2.4湍流的快速畸變理論74
2.5本徵正交分解（POD）方法在湍流分析中的應用80
2.5.1POD數學方法81
2.5.2POD流場四分解82
本章參考文獻84
第3章燃油噴霧模型89
3.1噴霧場的結構89
3.1.1噴霧場的分區90
3.1.2噴霧的近場特性91
3.2氣相射流模型92
3.3油氣兩相模型94
3.3.1連續液滴模型（CDM）94
3.3.2離散液滴模型(DDM)95
3.4兩相噴霧的動力學和熱力學過程100
3.4.1油滴的阻力與變形100
3.4.2油滴的傳熱與蒸發102
3.4.3液滴的湍流擴散106
3.4.4液滴的碰撞和聚合108
3.5油束分裂及霧化模型110
3.5.1液體射流分裂霧化的四種形態110
3.5.2霧化機理研究概況112
3.5.3液體射流分裂與霧化的線性穩定性分析116
3.6液體射流分裂霧化的模型129
3.6.1Kelvin-Helmholtz(KH)模型130
3.6.2Rayleigh-Taylor(RT)模型133
3.6.3TAB模型135
3.6.4ETAB模型137
3.6.5ELSA模型141
3.6.6油束分裂及霧化的直接數值模擬144
3.7考慮噴孔影響的模型147
3.7.1噴孔內的空化現象147
3.7.2空化模型148
3.7.3組合模型154
3.8噴霧與固壁相互作用及其模擬158
3.8.1液滴碰壁的各種形態159
3.8.2碰壁液滴的計算模型161
3.9跨臨界/超臨界噴霧概述171
本章參考文獻176
第4章內燃機燃燒與排放模型180
4.1概述180
4.2汽油機燃燒的零維和準維模型181
4.2.1零維單區模型181
4.2.2準維多區模型183
4.2.3計算燃燒率的現像模型185
4.2.4湍流火焰傳播速度模型188
4.3柴油機燃燒的零維和準維模型191
4.3.1零維模型191
4.3.2準維模型197
4.4湍流燃燒模型208
4.4.1湍流燃燒的平均反應率及相關矩封閉法209
4.4 .2基於湍流混合速率的方法211
4.4.3特徵時間模型216
4.4.4概率密度函數方法220
4.4.5湍流燃燒的層流小火焰模型228
4.4.6湍流燃燒的條件矩封閉模型237
4.4.7基於湍流火焰幾何描述的模型240
4.4.8ECFM-3Z模型246
4.4.9湍流火焰傳播的分形模型253
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第5章內燃機缸內傳熱模型267
5.1引言267
5.2經驗和半經驗傳熱模型268
5.2.1計算對流傳熱係數的經驗模型269
5.2.2計算對流傳熱係數的半經驗模型269
5.2.3輻射傳熱的經驗模型272
5.3壁面對流換熱的多區模型275
5.4壁面對流換熱的多維模型279
5.4.1熱邊界層法279
5.4.2計算壁面對流換熱的共軛傳熱法283
5.5輻射傳熱的多區模型286
5.5.1輻射傳遞方程的特點286
5.5.2區域法在缸內輻射傳熱中的應用288
5.6輻射傳熱的多維模型296
5.6.1概述296
5.6.2球諧波近似法297
5.6.3離散傳遞法299
5.6.4離散坐標法300
本章參考文獻303
第6章化學反應動力學機理與排放模型306
6.1引言306
6.2化學反應動力學模型概述307
6.2.1正庚烷的氧化機理308
6.2.2異辛烷的氧化機理310
6.2.3化學動力學模型的分類311
6.3簡化化學動力學模型的構建方法312
6.3.1反應機理的自動生成法312
6.3.2敏感度分析314
6.3.3準穩態近似法316
6.3.4固有低維流形法319
6.3.5反應率控制的約束平衡法321
6.3.6直接關係圖法324
6.3.7集總模型329
6.4幾種常用的骨架機理模型330
6.4.1前期和中期的模型330
6.4.2近期的模型332
6.5構建骨架機理的解耦法339
6.5.1解耦法的原理339
6.5.2用解耦法構建骨架模型的實施過程342
6.5.3解耦法的改進345
6.5.4解耦法的應用347
6.6多維反應動力學計算的列表存取法354
6.6.1列表存取法的基本原理354
6.6.2非結構化自適應列表法（ISAT）356
6.6.3ISAT的改進——PaISAT359
6.6.4列表存取法的新發展361
6.7內燃機氮氧化物排放的模擬362
6.7.1擴充的Zeldovich機理363
6.7.2Hewson-Bollig機理(HB模型)365
6.8碳煙排放模型368
6.8.1概述368
6.8.2經驗模型369
6.8.3半經驗模型372
6.8.4詳細模型380
6.8.5一個基於PAHs骨架機理的多組分燃料的碳煙模型392
本章參考文獻401
第7章數值計算方法410
7.1概述410
7.2任意拉格朗日-歐拉法(ALE)412
7.2.1離散化方法413
7.2.2ALE方法的基本計算步驟414
7.2.3穩定性條件420
7.3初始條件和邊界條件421
7.3.1初始條件421
7.3.2氣閥邊界條件421
7.3.3處理湍流固壁邊界的壁函數法424
本章參考文獻431
第8章常用內燃機CFD軟件計算模型及使用指南432
8.1湍流流動模型432
8.2燃油噴霧模型437
8.2.1噴嘴內流和噴霧霧化模型437
8.2.2液滴碰撞與聚合模型442
8.2.3液滴碰壁模型444
8.2.4壁面液膜模型448
8.2.5燃油蒸發模型451
8.2.6液滴阻力模型455
8.2.7液滴湍流擴散模型457
8.3燃燒與排放模型457
8.3.1著火延遲模型457
8.3.2非預混合燃燒模型458
8.3.3點火和初始火焰核發展模型460
8.3.4層流和湍流火焰速度模型462
8.3.5火焰傳播模型463
8.3.6部分預混燃燒模型及其他通用燃燒模型466
8.3.7氮氧化物和碳煙排放模型468
8.4模型選擇和使用的幾點建議470
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