基于粒子系统的内燃机燃烧可视化研究

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可视化作为理解复杂现象和数据的有效手段,在自然科学领域得到了广泛应用。本文提出基于粒子系统的内燃机燃烧可视化模型,该模型综合了火焰传播可视化模型、流场可视化模型及燃料属性可视化模型三个子模型。 在对内燃机燃烧特征和现象分析的基础上,本文引入粒子系统作为燃烧可视化建模的基本方法,并介绍了面向内燃机燃烧的粒子系统建模的组成模块。 在火焰传播可视化模型中,采用火焰粒子系统追踪燃烧火焰前锋面的运动扩展,火焰前锋面由火焰粒子组成,火焰粒子的速度体现火焰传播速度。对于压燃式内燃机,定义喷雾粒子系统模拟燃油喷雾过程,喷雾粒子的运动体现雾束的运动。 流场可视化模型是在分析燃烧湍流流动特征的基础上模拟并构造流场,将流场作用到火焰传播粒子使其运动发生改变,体现燃烧中的气流运动对火焰面形状以及火焰传播速度的影响。 燃料属性可视化模型,是将燃烧室空间离散成一系列网格体单元,网格体内有一定质量的燃料气体,以及相应的温度、密度等属性。当火焰面传播到网格单元所在的位置时,由于燃烧使得网格体的温度与浓度变化,其变化值通过对应的颜色与透明度显示,以体现燃烧中的温度与浓度分布。 文中介绍了模型实现的数据结构,建立了温度—颜色映射表,构造了可视化系统,实现了火花点火内燃机与双燃料压燃式内燃机燃烧过程的三维动态可视化,并给出了效果图片。 最后,对全文作了总结,并展望了今后的研究工作。
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