伴随着车用科技的不断革新,能源需求的紧缺以及对于环境要求的日益严格,各类发动机技术正在不断出现,其中包括了一系列的新型燃烧模式与缸内技术,这些都使得发动机喷射压力与环境压力进一步提高,在喷油时刻缸内的温度与压力早已达到各种烃类燃料的临界值,故研究在内燃机层面的超临界喷雾与燃烧特性势在必行。本文主要进行了超临界喷雾特性的研究以及在柴油机背景下各工况超临界射流的燃烧与排放特性。基于Sandia国家实验室的正庚烷跨临界无氧喷雾试验在CFD软件Converge中建立了定容燃烧弹模型,并通过网格疏密程度、喷雾模型、湍流模型以及湍流分散系数的对比分析进行所搭建模型的修正,以适用于超临界环境的仿真。随后通过贯穿距试验数据与仿真数据对比,进行模型校核。最后进行亚/超临界喷雾特性的对比分析,在质量分数方面,随着时间的推移,燃料从喷嘴喷出后逐渐沿轴向与径向发展。超临界工况与亚临界工况的喷雾前端均会出现絮状结构,但是超临界工况下出现会更加迅速。超临界前端由于属于气液混合的外侧,主要受到环境气体的影响,质量分数较低,而且超临界工况下的燃油温度高,初始密度低,故其核心处的质量分数低于亚临界工况下的喷雾。对比温度分布,两者的温度分布与质量分布的情况相似,超临界工况下的喷雾轴心处的温度高于亚临界工况,故超临界工况下喷雾扩散比亚临界工况下更加迅速并且喷雾前端的温度接近了环境温度。对比密度分布,超临界工况下的喷雾的核心密度要低于亚临界工况,密度的区域划分与质量分数的分布基本一致,超临界工况下喷雾的密度随着喷雾的发展变化较快,絮状结构出现的也更早,并且喷雾絮状结构范围也要比亚临界工况下喷雾絮状结构的范围大。然后在柴油机背景下进行了亚/超临界射流对燃烧与排放影响的仿真研究。以课题组内某四缸柴油机为原型,采用Converge软件搭建发动机模型进行仿真计算,从缸内平均压力、缸内平均温度、湍动能、放热率、经济性、氮氧化物以及碳烟等方面分析燃烧与排放的性能变化。从缸内平均温度来分析,在整个曲轴转角范围内缸温的变化趋势是一致的,在超临界喷射工况时,缸内平均温度的峰值有所提高,温度的升高速率增大,并且温度峰值对应的曲轴转角也有所提前。而亚临界喷射工况下,随着燃油温度的提高,也有此变化,但是较不明显。在缸内平均压力方面,相比于亚临界喷射工况下,超临界喷射工况下缸内平均压力的峰值有较大提高,压力升高率也是增大,压力峰值前移并不是很明显。从放热率和湍动能方面来说,超临界喷射工况下缸内的放热率及湍动能均有明显的提高,并且燃烧提前,放热提前,缸内流速明显增大,缸内混合气也更加均匀。从经济性来讲,随着燃油温度的升高,其指示燃油消耗率逐渐减少,并且在临界点处的燃油消耗率变化最为明显。低转速时,燃油消耗率随温度升高下降幅度减缓,中高转速下燃油消耗率随油温升高下降幅度增大;随着负荷增加,燃油温度越高,燃油消耗率下降幅度越大。从排放指标来分析,从NOx指标的排放上来分析,超临界喷射工况下相比于亚临界喷射工况的NOx的排放量有非常明显的增加,结合温度分布来看,能看出来NOx的高密度区域与高温区域正好重合。而在Soot指标的排放方面,超临界喷射工况下Soot的最终质量分数要低,并且在碳烟生成与减少的两个阶段中,超临界喷射工况不管是生成还是减少的速率均要小于亚临界喷射工况。