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第1章 绪论1

1.1我国运输车辆及其动力进入快速发展期1

1.1.1汽车业发展迅速1

1.1.2特种重型车用柴油机的发展2

1.2节能、减排与环保2

1.2.1交通运输业必须节能与减排2

1.2.2内燃机必须减少排气污染3

1.3内燃机中燃烧的重要性4

1.3.1概述4

1.3.2燃烧是内燃机的核心5

1.4内燃机燃烧科学的发展中相关学科和技术的支撑6

1.4.1多层次学科的支撑6

1.4.2内燃机燃烧与燃烧系统结构设计的统一性7

1.4.3内燃机燃烧研究用测试仪器和设备的广泛性7

1.4.4计算机硬件和软件技术的应用7

参考文献8

第2章 湍流与混合9

2.1湍流基本知识9

2.1.1概述9

2.1.2湍流运动基本方程12

2.1.3湍流零方程模型13

2.1.4概率密度函数和流速统计矩15

2.1.5相关16

2.1.6湍动尺度18

2.1.7旋涡级串（vortex cascade）21

2.1.8湍动能谱22

2.1.9间歇性（intermittency）26

2.1.10拟序结构26

2.2扩散理论简述27

2.2.1分子扩散基本定律28

2.2.2湍流扩散31

2.2.3湍流扩散的比拟32

2.2.4分子（或层流）扩散与湍流扩散的比较32

2.2.5斯蒂芬（Stefan）流34

2.3湍动射流简介36

2.3.1湍动射流特性36

2.3.2正交横流中的等密度圆形湍动射流39

2.3.3冲击射流40

2.4拟序结构与混合41

2.4.1概述41

2.4.2轴对称圆形湍动射流的拟序结构与混合41

2.4.3燃烧中的拟序结构与混合42

2.5章后语44

参考文献45

第3章 化学动力学47

3.1概述47

3.2反应速率及速率方程47

3.2.1反应速率47

3.2.2速率方程与反应级数48

3.3简单级数反应49

3.3.1一级反应49

3.3.2二级反应50

3.3.3 n级反应（n＞2）51

3.4复合反应51

3.4.1可逆反应51

3.4.2平行反应52

3.4.3连串反应53

3.4.4复合反应的近似处理54

3.5温度对反应速率的影响55

3.6活化碰撞理论57

3.6.1总碰撞次数58

3.6.2有效碰撞分数q59

3.6.3反应速率及速率常数59

3.6.4讨论60

3.7活化络合物理论61

3.7.1原理概述61

3.7.2速率常数计算分析62

3.8压力对反应速率的影响63

3.9链反应64

3.9.1直链反应65

3.9.2支链反应65

3.9.3链反应动力学66

3.9.4爆炸反应69

参考文献69

附录70

附录参考文献73

第4章 着火过程74

4.1着火的分类74

4.2热着火过程75

4.2.1热着火理论75

4.2.2着火延迟期（孕育时间）的解析79

4.2.3绝热容器内可燃混合物的自燃过程80

4.2.4着火界限81

4.3烃的着火特点82

4.3.1氢氧的着火界限82

4.3.2烃类的着火界限84

4.3.3烃类的三阶段和单阶段着火过程85

4.4均质混合气自燃的发展87

4.5液体燃料喷雾的着火90

4.5.1物理延迟和化学延迟90

4.5.2燃料雾注着火的图像91

4.5.3着火延迟的分析92

4.6强迫着火94

4.6.1热面点火94

4.6.2电火花点火101

参考文献106

第5章 预混燃烧的火焰传播108

5.1概述108

5.2预混层流燃烧的火焰传播108

5.2.1层流燃烧速度的测量方法108

5.2.2层流燃烧的火焰传播原理113

5.2.3层流燃烧速度的影响因素116

5.2.4层流火焰传播极限119

5.3预混湍流燃烧的火焰传播120

5.3.1湍流燃烧的试验研究121

5.3.2表面模型的计算与发展123

5.3.3微扩散的容积燃烧模型130

5.3.4涡旋破碎模型131

5.3.5统计模型133

5.3.6湍流火焰传播速度的影响因素134

5.4封闭容器内的火焰传播135

5.5爆震137

5.5.1冲波和爆震波137

5.5.2爆震波结构及产生过程141

5.5.3汽油机条件下爆震的特点143

参考文献144

第6章 非均质混合物的扩散燃烧146

6.1引言146

6.2气体燃料扩散燃烧146

6.2.1层流扩散火焰和湍流扩散火焰146

6.2.2扩散火焰高度148

6.2.3同轴射流湍流扩散燃烧150

6.2.4简单化学反应系统151

6.2.5湍流扩散燃烧的模化152

6.2.6湍流与燃烧的相互作用154

6.3油滴的燃烧155

6.3.1单油滴的蒸发和燃烧156

6.3.2对流对油滴蒸发和燃烧的影响166

6.3.3油滴运动的阻力168

6.4油滴群的燃烧169

6.4.1油滴间的相互影响169

6.4.2油滴群的燃烧形式170

6.4.3油滴群中的火焰传播171

6.4.4气流相对速度对油滴群燃烧的影响172

6.5喷雾燃烧173

6.6扩散燃烧中碳烟的生成机理176

参考文献179

第7章 内燃机燃烧测试分析技术181

7.1测试装置181

7.2流速测量189

7.3密度、组分浓度及温度测量197

7.4缸内压力测量及分析206

7.5喷油雾化特性测试207

7.6流动、燃烧可视化212

参考文献216

第8章 内燃机缸内气体运动217

8.1进气涡流217

8.1.1进气涡流的形成217

8.1.2进气涡流的测量219

8.2挤流220

8.3进气滚流223

8.3.1进气滚流的形成和发展223

8.3.2进气滚流的测量224

8.4缸内湍流运动225

8.4.1进气流动225

8.4.2流动的基本特征226

8.4.3定义和分析228

8.4.4均速和脉动速度233

8.4.5滚流的湍流特性236

8.4.6挤流的湍流特性236

8.4.7概率密度函数与相关237

8.4.8缸内湍流尺度239

8.4.9能谱分析243

8.4.10缸内湍流的非平衡性及其扩散系数244

8.5缸内气体流动模拟简述244

8.5.1概述244

8.5.2 CFD软件在内燃机缸内流动中的应用245

8.6章后语245

参考文献246

第9章 内燃机燃油雾化、蒸发与混合250

9.1液体射流破碎与雾化机理250

9.1.1射流破碎现象250

9.1.2液体射流雾化机理251

9.2喷雾特性253

9.2.1喷雾的粒径特性253

9.2.2自由射流喷雾的空间分布特性256

9.2.3喷雾的蒸发过程263

9.3燃油射流撞壁和壁射流265

9.3.1概述265

9.3.2单油滴撞壁形态266

9.3.3无蒸发柴油射流撞壁后的结构与形状266

9.3.4气体射流撞壁与壁射流267

9.3.5壁射流半径和高度的发展268

9.3.6有蒸发柴油射流的撞壁和壁射流270

9.3.7进气涡流的影响271

9.3.8汽油喷雾撞壁特性271

9.4可燃混合气的形成272

9.4.1自由射流混合273

9.4.2燃油射流撞壁和壁射流混合280

9.4.3壁面蒸发和热混合原理284

9.5喷雾模型与数值模拟285

9.5.1模型分类与模型发展历程286

9.5.2喷雾破碎模型286

9.5.3液滴蒸发模型290

参考文献291

第10章 火花点火发动机燃烧与控制295

10.1概述295

10.2火花点火汽油机的正常燃烧296

10.2.1燃烧过程的直接观察和火焰结构296

10.2.2燃烧过程分期和特性参数299

10.2.3火焰传播和压力上升302

10.2.4燃烧气体中的温度梯度和气体的移动303

10.2.5影响火焰传播的各种因素304

10.2.6各缸燃烧差异309

10.2.7燃烧过程的热量利用309

10.3各循环间燃烧的变动311

10.3.1各循环燃烧的变动及其特性值的表示方法311

10.3.2燃烧循环变动带来的问题314

10.3.3影响燃烧变动的主要因素314

10.3.4部分燃烧和失火318

10.3.5减少燃烧变动的措施319

10.4火花点火发动机内的爆燃319

10.4.1汽油机爆燃的特性、危害和诊断319

10.4.2爆燃的理论324

10.4.3辛烷值与压缩比327

10.4.4防止爆燃的方法327

10.5表面着火及其他自动着火现象330

10.5.1异常燃烧的说明330

10.5.2表面着火机理332

10.5.3表面着火的各种影响因素334

10.5.4燃料的表面着火性335

10.5.5表面着火的防止措施336

10.5.6其他自动着火现象336

10.6稀混合气燃烧的发动机338

10.6.1燃烧稀混合气存在的问题338

10.6.2提高压缩比的影响339

10.6.3改善点火系统341

10.6.4典型均质稀混合气燃烧发动机342

10.7层状充量发动机的燃烧343

10.7.1概述343

10.7.2层状充量的燃烧原理344

10.7.3层状充量燃烧系统的分类345

10.7.4几种典型层状充量燃烧发动机347

10.7.5缸内直喷发动机的发展趋向354

10.8结束语355

参考文献356

第11章 压燃式发动机燃烧与控制358

11.1概述358

11.2直喷燃烧系统燃烧过程359

11.2.1燃烧阶段划分359

11.2.2燃烧过程可视化分析360

11.2.3燃烧过程研究的新进展361

11.2.4柴油机燃烧中湍流结构的一些试验和分析364

11.3着火延迟期367

11.3.1概述367

11.3.2着火延迟期的影响因素367

11.3.3着火延迟期计算372

11.3.4着火延迟期对燃烧过程及柴油机性能的影响374

11.4燃烧的影响因素和控制的综合考虑376

11.4.1柴油机燃烧性能改进方向376

11.4.2喷油参数的影响和匹配378

11.4.3进气涡流对油/气时空分布的影响390

11.4.4燃烧室几何参数的匹配392

11.4.5 EGR的影响396

11.5新概念燃烧系统397

11.5.1 MK燃烧方式398

11.5.2 UNIBUS399

11.5.3 HCCI400

11.5.4 ACE的燃烧概念402

参考文献404

第12章 内燃机排气污染物生成与控制408

12.1概述408

12.2排放法规409

12.2.1排放因子与总量控制410

12.2.2排放法规演变历程411

12.3排放物的生成机理分析413

12.3.1一氧化碳的产生机理413

12.3.2碳氢化合物的产生机理413

12.3.3氮氧化物的产生机理415

12.3.4颗粒物的产生机理417

12.3.5新进展417

12.4影响因素与技术对策420

12.4.1影响因素分析420

12.4.2技术对策420

12.4.3燃料423

12.4.4冷启动和怠速排放425

12.5后处理技术426

12.5.1三元催化器426

12.5.2颗粒捕集器427

12.5.3选择催化还原428

12.5.4 NOx吸附器428

12.5.5氧化催化器429

参考文献429

第13章 内燃机燃烧模拟430

13.1概述430

13.2汽油机燃烧的零维和准维模型432

13.2.1零维模型432

13.2.2准维模型433

13.3柴油机燃烧的零维和准维模型439

13.3.1零维模型439

13.3.2准维模型442

13.4多维模型450

13.4.1控制方程组450

13.4.2湍流燃烧模型453

13.5大涡模拟（LES）及其应用455

13.6数值求解方法457

13.7保证仿真精度的科学方法体系——Verification&.Validation准则简介459

13.7.1内燃机燃烧模拟中的误差和不确定性459

13.7.2 Verification &.Validation（校核与验证）准则简介460

13.8模拟计算实例463

13.8.1柴油机喷雾燃烧模拟基本参数设置463

13.8.2 WAVE模型的检验464

13.8.3 WAVE喷雾模型的验证（Validation）466

13.8.4 EBU燃烧模型的检验和验证468

13.9小结470

参考文献470

第14章 内燃机代用燃料475

14.1概述475

14.2含碳液体代用燃料476

14.2.1醇类燃料476

14.2.2二甲醚（Dimethyl Ether）478

14.2.3煤制油480

14.2.4生物柴油（biodiesel）480

14.3含碳气体代用燃料481

14.3.1液化石油气LPG（Liquefied Petroleum Gas）481

14.3.2天然气NG（Natural Gas）481

14.4氢燃料482

14.4.1氢燃料的基本物理特性482

14.4.2氢燃料内燃机的缸内压力变化曲线483

参考文献485

第15章 特种车辆高功率密度柴油机燃烧系统486

15.1坦克用动力的发展486

15.2坦克柴油机燃烧系统发展趋势489

15.3高功率密度柴油机燃烧系统研制的一般考虑495

15.3.1概述495

15.3.2基础参数的确定498

15.3.3进气与增压499

15.3.4供油与高压喷射501

15.3.5机械负荷和热负荷的限制503

15.3.6燃烧系统的设计思路505

15.4无涡流型燃烧系统505

15.4.1概述505

15.4.2混合与燃烧机理508

15.4.3无涡流燃烧系统设计中的一些考虑510

15.5低涡流型燃烧系统512

15.5.1概述512

15.5.2低涡流进气道513

15.5.3混合与燃烧机理514

15.5.4低涡流燃烧系统设计问题515

15.6卷流型燃烧系统516

15.6.1双卷流燃烧系统DSCS（Double Swirl Combustion System）516

15.6.2综述520

15.7可调进气涡流研究520

15.7.1一种典型的可调进气涡流系统521

15.7.2旋流器可调进气涡流系统522

15.7.3双蝶阀可调进气涡流系统523

15.8章后语523

参考文献524