直喷式柴油机较高的颗粒物排放一直是限制柴油机发展的重要因素,也是研究人员所重点研究的课题。最近的研究表明,直喷式柴油机的火焰浮起长度(Flame Lift-Off Length)通过影响油气混合进而对碳烟的形成过程造成重要影响。柴油机的相关参数也会影响火焰浮起长度的变化。本文利用KIVA-3V三维模拟计算软件,以Sandia国家实验室的定容燃烧弹以及光学发动机为原型,分别建立起三维数值模拟模型。通过该国家实验室已经获得的关于火焰浮起长度的相关试验数据,验证了模型的正确性,并在此基础上研究了定容燃烧弹内的初始温度、初始密度、喷油压力、喷孔直径以及燃油温度对火焰浮起长度的影响,以及空气卷吸率随这些参数的变化规律。同时对光学发动机内的火焰浮起长度不对称现象进行了研究,定义了火焰浮起长度的不对称度,并得到火焰浮起长度及其不对称度与涡流强度、喷雾夹角、初始氧浓度之间的对应关系。模拟结果发现,在稳态条件下,也就是定容燃烧弹内或者无涡流的光学发动机上,火焰浮起长度不存在不对称的现象。初始环境的温度和密度增加将会减小火焰浮起长度,从而降低空气卷吸率,其中火焰浮起长度对环境温度的依赖性要大于对环境密度的依赖性,火焰浮起长度相对于环境温度和密度的变化为非线性的。火焰浮起长度随喷射压力和喷孔直径的增加而增加,而初始喷油温度的升高会造成火焰浮起长度的减小,并通过origin软件的拟合功能得到了一个在稳态条件下估算火焰浮起长度的公式。最后,发现空气卷吸率随定容燃烧弹参数的变化趋势与火焰浮起长度并不一致。在实际的光学发动机模拟中,发现火焰浮起长度存在明显的不对称现象。随着发动机涡流比的增加火焰浮起长度及其不对称性的变化出现先增加后减小的趋势,因此适当提高发动机涡流比有利于增加空气卷吸率;而喷雾夹角的增加会增加火焰浮起长度的不对称性,尤其在近壁面一侧造成火焰阻挡,不利于燃烧。当初始氧浓度很低时,用2100K等温线作为确定火焰边缘火焰浮起长度的标准不再合适。