随着发动机技术的不断发展,排放法规的日益严格,发动机的轻量化小型化趋势,缸内压力和喷射压力都不断在提高,在喷油时刻发动机缸内环境条件远高于绝大多数烃类燃料热力学临界点。关于超临界喷雾及燃料燃烧的研究也不断深入内燃机领域。超临界状态下流体与气体间的界面不复存在,液面表面张力与蒸发潜热都趋近于零,密度接近于液体,运输特性接近于气体,理论上可以减少缸内局部混合不均匀的问题,可以有效地优化发动机的燃烧,减少碳烟颗粒的排放。目前研究主要集中于航空航天领域的液体发动机及燃气轮机。本文的主要内容是围绕内燃机背景下超临界燃料喷射及压燃式发动机工况下超临界射流燃烧及排放性能的研究。为了研究超临界条件下燃料的喷雾特性,在CONVERGE软件中采用大涡模拟湍流模型搭建喷雾模型,该模型物理基础基于Sandia实验室进行的正庚烷跨临界喷雾试验。根据计算结果中的燃料喷雾质量分数随温度变化曲线与实验值相对比,验证模型可靠性。计算中定义跨临界喷雾为喷雾A,超临界喷雾为喷雾B。对比质量分数可知,喷雾前端出现絮状结构,喷雾B射流长度高于喷雾A,核心质量分数低于喷雾B;对比温度分布,喷雾具有明显的温度梯度,喷雾B出现絮状结构较为提前;对比密度分布,喷雾B核心密度低于喷雾A,密度变化较快,絮状结构出现位置更早;对比两者轴向密度,在0-2mm区间出现较大密度梯度,变化较为剧烈;喷雾A径向密度分布中,密度下降速率最快发生在0-0.2mm之间,0-0.5mm之间密度变化极为剧烈,推测此区间内发生气液相变;对比湍动能分布,喷雾A与喷雾B分布相似,出现非对称结构,与喷雾A相比,喷雾B的湍动能明显高于喷雾A。并且为了研究燃料在超临界条件下对发动机的影响,本文采用CONVERGE软件分别对超临界燃料喷射和亚临界燃料喷射下的多个发动机工况进行研究。本文关于超临界//亚临界下发动机性能模拟选取一台课题组已有柴油机模型为基础,以正庚烷为燃料进行数值计算,从缸内平均温度、平均压力、湍动能、放热率、氮氧化物、碳烟颗粒、一氧化碳几个方面进行分析。研究表明超临界工况下缸内平均压力、温度等值要高于亚临界工况,同一转速随着循环喷油量的增加超临界工况下的温度、压力峰值出现时刻前移。超临界工况下的平均湍动能要高于亚临界工况,缸内的湍流流动更加剧烈。循环喷油量相同的情况下放热率和累计放热量也是超临界工况要高于亚临界工况。与亚临界工况相比,超临界工况下NO的生成质量更高,soot的生成量降低,一氧化碳的生成量变化不大。