题目：两相条件下柴油机燃油喷射系统建模方法和仿真研究

近些年来，柴油机燃油喷射系统的性能已经被确证为在不降低发动机工作性能和燃油效率情况下，能够达到各种排放标准的最关键因素。但在柴油机燃油喷射系统中，都存在着由于压力变化而引起的气泡产生和破灭，而气泡体积的变化将影响燃油喷射系统中压力波的传播，进而会给柴油机与燃油喷射系统之间的正确匹配带来很大的困难。因此，开展气―液两相条件下的柴油机燃油喷射系统研究就显得非常有意义。本文以泵―管―嘴燃油喷射系统为研究对象，将燃油喷射系统内所进行的液力过程视为气―液两相流动的过程，采用数值模拟与试验数据相结合的方式，基于气泡模型和有效体积弹性模量模型，建立了气―液两相条件下柴油机燃油喷射系统模型。该模型考虑了气泡体积变化对系统特性的影响，克服了以往燃油喷射系统建模中假设液力过程为单相流或者液力过程为两相流，但气泡均匀分布的缺点，更真实的反映了实际的燃油喷射过程。针对基本遗传算法（SGAs）的参数辨识准确度问题，提出采用“比例选择算法+最优保存策略”和最优基因不参加变异和交叉操作等措施，对基本遗传算法进行了改进，同时，针对提高遗传算法运行速度问题，基于局域网（LAN）和Matlab分布式并行环境，建立了分布式并行改进遗传算法（IPGAs），并通过算例进行了验证。结果表明，分布式并行改进遗传算法的的辨识精度和全局搜索能力均要优于基本遗传算法，同时辨识效率有显著的提高，几乎可以获得线性加速比。为了更准确预测燃油喷射系统中的初始含气率以及变化情况，提出了应用分布式并行改进遗传算法对柴油机燃油喷射系统模型中的柱塞腔、出油阀紧帽腔、高压油管和针阀腔初始含气率进行参数辨识的新方法，并对辨识得到的参数进行仿真分析，结果表明，仿真曲线与试验曲线具有很好的一致性。因此通过采用分布式并行改进遗传算法，对两相条件下柴油机燃油喷射系统模型进行参数辨识，为合理预测燃油喷射系统中不同腔体的初始含气率提供了准确的参数值，解决了燃油喷射系统模型参数优化的问题。同时，针对不同工况下辨识得到的参数不同的特点，应用回归分析的方法，对辨识得到的参数进行了二次回归分析，建立了辨识参数的二次回归方程。采用面向对象技术，开发了柴油机燃油喷射系统可视化仿真平台。柴油机燃油喷射系统仿真程序采用Matlab的M文件编写，并利用GUIDE工具，设计了仿真系统可视化界面，最后生成可以独立运行的可视化仿真平台。可视化仿真平台用户界面友好，人机交互方便。基于燃油喷射系统可视化仿真平台分别对柱塞有效行程不变，转速变化和转速不变，柱塞有效行程变化两种情况进行了仿真分析，并选取了对柴油机燃油喷射系统性能有较大影响的关键参数（针阀开启压力、高压油管内径及长度、柱塞直径）进行了详细的对比分析，研究了它们对针阀升程、喷油压力、喷油率等重要指标的影响，最后对高压油管中含气率和燃油音速的变化规律进行了研究。