柴油机的碳烟排放是制约柴油机广泛应用的缺点之一,这种排放物严重危害人们的身体健康。因此减少柴油机的碳烟排放是当务之急的任务。传统的实验研究手段虽然具有比较直观和准确的优点,但周期长,成本高。在计算机技术飞速发展的今天,充分利用计算机资源,建立数学模型,对碳烟的生成机理和演化过程进行数值模拟,是碳烟排放研究的一个强有力的手段。目前,应用最广泛的一类碳烟模型是半经验模型。本文对课题组之前开发的一个碳烟的半经验模型进行了改进,主要对模型中的若干经验常数进行了调整,以提高其模拟精度。该模型主要包括前驱物的形成、碳粒的生成、碳粒的表面生长、碳粒的凝结、碳粒的表面氧化和前驱物的氧化6步。模拟计算基于发动机CFD通用软件KIVA-3V,并耦合化学动力学软件CHEMKIN。燃料氧化的化学反应模型,采用本课题组开发基础燃料PRF氧化骨架机理。分别利用激波管、定容燃烧弹、两台PCCI柴油机、两台传统柴油机上的实验数据对模型进行了广泛的验证。在此基础上,用此模型研究了进气温度、压力和转速对两种柴油机碳烟排放量的影响。激波管中的计算表明,本模型可以较好的预测碳烟的生成历程、碳烟颗粒的粒径和数密度的变化趋势。定容燃烧弹的计算结果表明,模型对定容燃烧弹内的燃烧情况、以及碳烟的生成量和分布可做出较准确的预测。在两台PCCI柴油机计算的计算中,模型能够较好地预测各工况的碳烟生成量及演化历程,并能再现进气压力、温度和转速等工况参数对碳烟排放的影响规律。在两台传统柴油机中的计算结果显示,把模型中OH氧化模型中的经验系数调整为1时,模型能够较好的预测其在多个工况下的碳烟生成与演化特性,并再现进气压力、温度和转速对碳烟排放的影响。此外,由于燃烧机理的不同,PCCI发动机和传统柴油机中碳烟的生成和氧化速率的影响参数可能有所不同,但有待进一步验证。