内燃机计算燃烧学(第三版)

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解茂昭,贾明 著
图书标签:
  • 内燃机
  • 燃烧学
  • 计算流体力学
  • 发动机
  • 汽车工程
  • 热力学
  • 数值模拟
  • 排放
  • 燃烧诊断
  • 第三版
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出版社: 科学出版社
ISBN:9787030510822
版次:3
商品编码:12110942
包装:精装
开本:16开
出版时间:2016-12-01
用纸:胶版纸
页数:479
字数:602000
正文语种:中文

具体描述

内容简介

  《内燃机计算燃烧学(第三版)》系统介绍内燃机计算燃烧学这一新兴学科的结构体系及其基本理论、模型和方法。《内燃机计算燃烧学(第三版)》共8章,除基础知识外,分别论述内燃机燃烧过程的几个基本子模型,即缸内湍流流动模型、燃油喷雾模型、燃烧模型、缸内传热模型、化学反应动力学模型以及排放模型;最后两章专门介绍相关的数值计算方法和当今常用内燃机CFD软件的计算模型及应用策略。《内燃机计算燃烧学(第三版)》第三版在第二版基础上进行了较大幅度的增补和修订,充分反映当前国内外内燃机燃烧模拟的成就和进展,包括著者团队的研究成果,有助于读者迅速进入该学科的前沿。
  《内燃机计算燃烧学(第三版)》可作为内燃机、工程热物理、热能、化工、环境、冶金等专业硕士和博士研究生教材或参考书,也可供相关专业科研人员和工程技术人员使用。

内页插图

目录

第三版前言
第二版前言(摘录)

第1章 导论
1.1 概述
1.2 内燃机燃烧模型的发展和分类
1.3 化学流体力学基本控制方程组
本章参考文献

第2章 内燃机缸内湍流流动模型
2.1 湍流基础知识
2.1.1 湍流的基本特征
2.1.2 湍流统计理论的若干基本概念
2.2 内燃机缸内湍流流动的特点
2.2.1 缸内气体流动的演变过程
2.2.2 内燃机中湍流的定义和描述
2.2.3 缸内湍流的主要特点
2.3 内燃机缸内湍流流动的数学模型
2.3.1 雷诺方程和湍流黏性系数
2.3.2 湍流黏性系数模型
2.3.3 单方程模型——湍能的k方程模型
2.3.4 双方程模型——k-ε模型
2.3.5 k-ε模型的发展
2.3.6 重整化群(RNG)方法在湍流模拟中的应用
2.3.7 雷诺应力模型(RSM)
2.3.8 代数应力模型(ASM)
2.3.9 非线性涡黏度模型(NLEVM)
2.3.10 湍流的大涡模拟(LES)
2.3.11 湍流的直接数值模拟
2.4 湍流的快速畸变理论
2.5 本征正交分解(POD)方法在湍流分析中的应用
2.5.1 POD数学方法
2.5.2 POD流场四分解
本章参考文献

第3章 燃油喷雾模型
3.1 喷雾场的结构
3.1.1 喷雾场的分区
3.1.2 喷雾的近场特性
3.2 气相射流模型
3.3 油气两相模型
3.3.1 连续液滴模型(CDM)
3.3.2 离散液滴模型(DDM)
3.4 两相喷雾的动力学和热力学过程
3.4.1 油滴的阻力与变形
3.4.2 油滴的传热与蒸发
3.4.3 液滴的湍流扩散
3.4.4 液滴的碰撞和聚合
3.5 油束分裂及雾化模型
3.5.1 液体射流分裂雾化的四种形态
3.5.2 雾化机理研究概况
3.5.3 液体射流分裂与雾化的线性稳定性分析
3.6 液体射流分裂雾化的模型
3.6.1 Kelvin-Helmholtz(K-H)模型
3.6.2 Rayleigh-Taylor(R-T)模型
3.6.3 TAB模型
3.6.4 ETAB模型
3.6.5 ELSA模型
3.6.6 油束分裂及雾化的直接数值模拟
3.7 考虑喷孔影响的模型
3.7.1 喷孔内的空化现象
3.7.2 空化模型
3.7.3 组合模型
3.8 喷雾与固壁相互作用及其模拟
3.8.1 液滴碰壁的各种形态
3.8.2 碰壁液滴的计算模型
3.9 跨临界/超临界喷雾概述
本章参考文献

第4章 内燃机燃烧与排放模型
第5章 内燃机缸内传热模型
第6章 化学反应动力学机理与排放模型
第7章 数值计算方法
第8章 常用内燃机CFD软件计算模型及使用指南

前言/序言

  自本书第二版问世以来,又是整整十年了。作为一个蓬勃发展的学科,十年的经验积累和长足进展使本书的再次修订成为必要。在本次修订之际,我们的指导思想较前两版有所调整,即在保证本书内容的系统性和先进性的前提下,不再追求取材的全面和新颖。实践证明,要想把内燃机燃烧模拟领域内的所有新成果都纳入一本书中,既是不可能的,也是不实用的。因此我们遵循的原则是,一方面,在国内外本领域的海量文献中,仅选取那些经过实践的考验,具有旺盛的生命力并得到广泛应用的成果(具体而言,即在SCI等检索系统中得到大量引用)加以介绍;另一方面,作为一部专著,应充分反映著者本人及其研究团队近年所取得的成果与进展。
  新版的全书篇幅与第二版相当,共8章。第1章导论基本未做改动。第2章介绍缸内湍流流动模型,较第二版主要补充了k-ε模型的发展,特别是大大充实了大涡模拟和直接数值模拟方面的内容;同时,新增了本征正交分解方法的介绍。第3章燃油喷雾模型,主要在油束分裂及雾化模型中增加了ELSA模型,以及雾化过程的直接数值模拟;同时在空化模型中补充了KH-ACT模型,喷雾与固壁的相互作用模型中增加了适用于PCCI发动机的一个碰壁模型。此外还增加了作为当前学科发展前沿的跨临界/超临界喷雾的概述。第4章燃烧模型,主要大幅扩充了EDC模型的论述,并新增了EFCM-32模型的介绍。同时,从准维模型和湍流燃烧的PDF模型中删除了部分相对陈旧的内容。第5章传热模型做了大幅删减,主要删除了有关区域法、热流法和蒙特卡罗法的介绍,因这些内容在其他书中均可找到。唯一新增的内容是壁面对流换热的共轭传热法。第6章有重要变动,标题也从“HCCI发动机的数学模拟”改为“化学反应动力学机理与排放模型”,这是因为HCCI发动机模拟的关键问题就是反应机理的构建,而且近年来,新概念发动机已经从HCCI扩展到PCCI、RCCI等多种形式,单独针对HCCI的数学模拟未免局限。鉴于此,原有关HCCI各类模型及优化的内容全部删除。简化的化学动力学模型及其构建方法中增加了直接关系图法;同时,用较大的篇幅讲述著者团队发展的构建骨架机理的解耦法。此外,原安排在第4章的排放模型移到第6章,因为排放物形成与氧化主要是反应动力学问题。其中多组分燃料的碳烟模型一小节是新写的。第7章数值计算方法中主要删除了关于有限容积法和KIVA程序的介绍,其他未做变动。与此同时,本版新增加了第8章,主要根据读者意见,面向数值计算实际应用,总结归纳了各种CFD软件及相关计算模型的特点及其选取、有关模型参数的设置等大量信息,相信对读者会有较大的参考价值。希望这些修订能够提高本书的理论参考价值和实用性。
《内燃机计算燃烧学(第三版)》 概述 《内燃机计算燃烧学(第三版)》是一部深入探讨内燃机燃烧过程数值模拟与理论计算的专业著作。本书旨在为读者提供一个全面、系统且具有前瞻性的理论框架与实践指导,帮助工程师、研究人员及相关领域学生掌握先进的计算燃烧学技术,并将其有效地应用于内燃机设计、优化与性能分析之中。 核心内容 本书的第三版在继承前两版优秀内容的基础上,进行了全面的更新与拓展,紧密结合当前内燃机技术发展的最新动态和计算科学的进步。其核心内容涵盖以下几个主要方面: 一、 燃烧化学动力学基础 详细的反应机理构建与简化: 深入解析复杂碳氢化合物的燃烧过程,介绍如何构建详细的化学反应机理,并阐述各种简化方法的原理与适用性。这包括对不同燃料(如汽油、柴油、天然气、生物燃料等)燃烧特性的机理描述,以及如何根据计算需求选择合适的机理。 关键反应路径分析: 重点关注决定燃烧速率、污染物生成(如NOx、CO、碳烟)以及爆震等现象的关键反应路径。通过对这些路径的深入理解,为后续的计算模型奠定基础。 最新化学动力学数据库与工具介绍: 介绍当前主流的化学动力学数据库(如CHEMKIN、GRI-MECH等)及其使用方法,以及相关软件工具在机理生成与管理中的应用。 二、 湍流与燃烧的耦合模拟 湍流模型精讲: 详细阐述适用于内燃机复杂流动环境的各种湍流模型,包括RANS(雷诺平均纳维-斯托克斯)、LES(大涡模拟)和DNS(直接数值模拟)等。重点分析其在模拟高雷诺数、强旋流以及流动分离等复杂流动现象下的优缺点。 湍流-燃烧相互作用模型: 深入探讨湍流与化学反应之间复杂的相互作用。详细介绍多种湍流-燃烧模型,如EDC(有限速率化学反应扩散模型)、PDF(概率密度函数)方法、卷积模型等,分析它们在模拟火焰传播、火焰熄灭、湍流强度影响下的燃烧速率变化等方面的能力。 多相流与燃烧耦合: 针对喷雾燃烧、液滴蒸发与燃烧等复杂过程,详细介绍多相流模型的构建方法,包括欧拉-欧拉、欧拉-拉格朗日等方法,以及它们与燃烧模型的耦合策略。 三、 数值方法与算法 求解器与离散化技术: 详细介绍求解Navier-Stokes方程、能量方程、组分输运方程等基础方程的数值离散化技术,如有限体积法、有限差分法等,并讨论不同时间推进格式的特点。 网格生成与自适应网格技术: 强调网格质量对计算精度的重要性。介绍高质量网格的生成方法,以及在燃烧过程中利用自适应网格加密(AMR)技术来提高计算效率和精度。 高效计算技术: 介绍并行计算、GPU加速等技术在大型燃烧模拟中的应用,帮助读者实现更大规模、更长时间尺度的燃烧模拟。 四、 污染物生成与控制的计算模拟 NOx生成机理与模型: 详细介绍Thermal NOx、Prompt NOx、Fuel NOx等主要NOx生成途径,以及相应的化学动力学模型和基于CFD的模拟方法。 碳烟生成与氧化模型: 深入分析碳烟的成核、生长、凝并和氧化过程,介绍不同的碳烟模型,并探讨如何在CFD模拟中实现碳烟的预测。 燃烧过程中的其他污染物: 涵盖CO、未燃碳氢化合物(UHC)等污染物的生成机理与模拟方法。 污染物控制技术的计算分析: 介绍如何利用计算模拟来评估和优化如EGR(废气再循环)、SCR(选择性催化还原)、DPF(柴油颗粒过滤器)等污染物控制技术的效果。 五、 爆震与高压失稳现象的模拟 爆震机理的化学动力学解释: 深入分析爆震的触发机制,包括自燃延迟时间的模型化和化学动力学在其中的作用。 爆震波的数值模拟: 介绍如何利用高精度数值格式和合适的网格策略来捕捉爆震波的形成与传播。 失稳燃烧的模拟: 探讨在特定工况下可能出现的燃烧失稳现象,并介绍相关的数值模拟方法。 六、 计算流体力学(CFD)软件的应用与开发 主流CFD软件的应用指南: 介绍在内燃机领域广泛应用的CFD软件(如ANSYS Fluent, STAR-CCM+, CONVERGE等)在燃烧模拟方面的具体应用技巧和设置参数。 用户自定义函数(UDF)与模型开发: 讲解如何通过编写用户自定义函数或开发新的模型来扩展现有CFD软件的功能,以满足特定研究需求。 模型验证与不确定性分析: 强调计算结果的可靠性。介绍如何通过实验数据进行模型验证,以及如何对计算模型的不确定性进行量化分析。 七、 前沿研究方向与未来展望 机器学习与人工智能在燃烧模拟中的应用: 探讨如何利用机器学习技术来加速化学动力学计算、优化湍流模型、预测燃烧现象等。 多物理场耦合模拟: 展望多物理场(如流体-热-化学-结构)耦合模拟在更复杂内燃机系统分析中的应用。 清洁能源与下一代内燃机: 关注氢燃料、合成燃料等新型燃料在内燃机中的燃烧特性模拟,以及对下一代高效、低排放内燃机的设计指导。 本书特点 理论与实践相结合: 既有扎实的理论基础,又有贴近实际工程应用的计算方法。 内容全面且深入: 覆盖内燃机计算燃烧学的各个重要方面,并对关键技术进行深入剖析。 紧跟时代前沿: 引入最新的研究进展和计算技术,为读者提供前瞻性的视野。 逻辑清晰,结构严谨: 内容组织有序,章节之间衔接自然,便于读者循序渐进地学习。 面向多层次读者: 既适合有一定基础的工程师和研究人员,也为初学者提供了学习的路径。 目标读者 内燃机研发工程师 汽车工程、动力工程、热能工程等相关专业的在读研究生和博士生 从事燃烧学、计算流体力学研究的科研人员 对内燃机燃烧过程数值模拟感兴趣的技术人员

用户评价

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这本书最让我惊喜的是它对于“计算”的阐述。我之前一直以为计算燃烧学就是枯燥的公式堆砌,但这本书完全打破了我的刻板印象。它不仅仅是给出公式,而是详细地解释了每一个变量的物理意义,以及它们是如何相互作用、共同影响燃烧过程的。我尤其喜欢书中关于湍流模型的部分,作者并没有简单地罗列几种模型,而是通过对比分析,让我理解了不同模型的优势和局限性,以及在实际应用中如何选择最合适的模型。这种深入浅出的讲解方式,让我觉得学习过程充满乐趣,而不是一种负担。

评分

这本书给我最大的启发在于,它让我看到了计算科学在理解和优化内燃机燃烧过程中所扮演的关键角色。通过数值模拟,我们可以“看到”燃烧的内部世界,从而更好地理解那些肉眼无法察觉的复杂现象。书中对于计算流体动力学(CFD)在燃烧模拟中的应用,进行了非常详尽的介绍,让我对如何利用CFD工具来解决实际工程问题有了更清晰的认识。这种理论与实践相结合的讲解方式,让我受益匪浅。

评分

我对这本书的结构设计赞不绝口。它循序渐进,从最基础的化学反应动力学,逐步深入到复杂的多相流燃烧模型。每一章节都建立在前一章节的基础上,让我能够逐步建立起完整的知识体系。即使是我之前完全没有接触过的领域,比如燃烧不完全产物的形成机制,作者也能通过清晰的逻辑和翔实的案例,让我迅速掌握关键要点。更难得的是,书中还穿插了大量的实际工程应用案例,让我能够将理论知识与实际问题联系起来,体会到计算燃烧学在汽车工业中的重要性。

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这本书真是让我大开眼界,我一直对内燃机的工作原理充满好奇,但苦于找不到一本既深入又易于理解的入门读物。偶然的机会,我发现了《内燃机计算燃烧学(第三版)》,当时只是抱着试试看的心态,没想到它彻底颠覆了我对这个领域的认知。首先,它在介绍基本概念时,并没有直接抛出复杂的数学公式,而是通过生动形象的比喻和清晰的图示,将抽象的燃烧过程变得触手可及。比如,书中对于不同燃油在不同工况下如何燃烧的讲解,简直就像在读一本精彩的科普故事,让我能够直观地理解为什么汽油和柴油会有如此大的区别,以及它们在发动机里如何被“驯服”。

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总而言之,《内燃机计算燃烧学(第三版)》是一本不可多得的佳作。它不仅适合初学者入门,也能够满足资深研究人员的深入探究需求。我强烈推荐所有对内燃机燃烧学感兴趣的朋友们阅读这本书,相信你们一定会和我一样,从中获得丰富的知识和深刻的启发。这本书让我对内燃机这个古老而又充满活力的领域,有了全新的认识和更深的热情。

评分

阅读这本书的过程中,我深刻体会到了作者的严谨和细致。书中的每一个公式、每一个图表,都经过了精心的推导和考证。我甚至可以感受到作者在撰写过程中,对每一个细节的反复打磨。特别是书中关于燃烧不稳定性的分析,让我对这个问题有了全新的认识。之前我只知道燃烧不稳定会影响发动机的性能,但这本书却从微观层面揭示了其产生的根源,以及如何通过计算方法来预测和控制它,这对我解决实际工程问题非常有帮助。

评分

对于我这样一个刚刚踏入内燃机领域的研究生来说,《内燃机计算燃烧学(第三版)》简直就是我的“及时雨”。我在学习课程的过程中,经常会遇到一些难以理解的概念,或者在做仿真时遇到瓶颈。这本书里的内容,无论是对燃烧化学反应的深入剖析,还是对数值模拟方法的详细介绍,都为我提供了宝贵的参考。我常常在书中找到我需要的答案,或者从中获得新的启发,让我能够更有效地开展我的研究工作。

评分

作为一名有一定工作经验的工程师,我一直在寻找一本能够帮助我更新知识、提升技能的书籍。《内燃机计算燃烧学(第三版)》完全满足了我的需求。它不仅涵盖了内燃机燃烧学的最新研究成果,还提供了许多实用的计算方法和工具。我尤其欣赏书中关于排放控制的章节,作者详细介绍了各种污染物在燃烧过程中产生的机理,以及如何通过优化燃烧过程来减少排放,这对于当前汽车行业日益严格的环保要求来说,具有非常重要的指导意义。

评分

我是一个对细节非常挑剔的读者,但《内燃机计算燃烧学(第三版)》几乎没有让我失望。从封面设计到排版印刷,再到内容的专业性,都达到了很高的水准。尤其是书中大量的彩色插图和图表,让复杂的概念一目了然,极大地提升了阅读的舒适度。我还在书中发现了一些非常有趣的理论推导,这些推导的严谨性让我不禁拍案叫绝,感觉自己像是在和一位知识渊博的导师在进行一场深入的学术交流。

评分

这本书不仅是技术手册,更像是一本引人入胜的学术小说。它将枯燥的科学原理,通过生动的语言和富有逻辑的叙述,展现得淋漓尽致。我曾经花了整整一个下午的时间,沉浸在关于爆震机理的章节中,作者通过对不同工况下燃烧波传播的模拟分析,让我仿佛身临其境地感受到了爆震的发生过程,以及它对发动机造成的巨大威胁。这种阅读体验,是市面上其他同类书籍难以比拟的。

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书不错,就是有点贵,学习一下挺好的

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值得学习。

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书不错,就是有点贵,学习一下挺好的

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