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自上世纪末期开始,计算机技术的发展取得了巨大进步,目前柴油机领域越来越多的依赖于CFD,数值模拟可以提供实验难以给出的流动、传热细节,在发动机设计、性能测试和优化等方面体现了重要价值。柴油机缸内辐射传热数值模拟的关键包括辐射传输方程的求解、流动与辐射耦合求解、高温燃气中CO2和H2O的物性求解。目前,对缸内辐射换热的研究认识相对较少。本文在自主开发的计算多物理软件GTEA基础上,添加基于格心型有限体积法的辐射模型,实现流动与辐射耦合计算,并模拟了缸内辐射换热,主要内容如下:(1)建立辐射传输方程求解计算程序。针对吸收、发射、散射性介质的辐射换热问题,基于格心型有限体积法(FVM)求解辐射传递方程,采用FORTRAN语言编写辐射换热求解程序。辐射计算可以与流场计算采用同一套网格,简化了计算程序,提高了计算的通用性。当网格和立体角的离散个数满足一定的对应关系时,才能得到更精确的计算结果。当壁面为冷边界时,壁面辐射热流随着吸收系数的增加而增大,随着散射反照率的增加逐渐减小。(2)实现软件GTEA已有的流场模块与添加的辐射模块的耦合。针对封闭方腔内含吸收、发射及各向同性散射介质的辐射与自然对流耦合传热问题,采用有限体积法进行了详细研究。并分析普朗克数(0.0001≤Pl≤10)、衰减系数(0.2≤β0≤5)、温度比(0.25≤γ≤0.9)、散射反照率(0≤ω≤1)、倾斜角(-60°≤α≤90°)和长宽比(1≤AR≤5)等参数对等温线、流线、温度、速度和Nusselt数的影响。(3)采用合并宽窄谱带关联k分布模型(CWNBCK)计算非灰气体物性。对于缸内辐射换热问题,不需要知道谱带详细的光谱数据,主要关心谱带的辐射换热量。根据文献中合并宽窄谱带的方法,本文进一步将窄谱带合并成两个宽带。采用合并后的宽带k分布模型计算CO2和H2O混合气体总的吸收系数。本方法兼顾了计算精度与计算效率,适用于缸内燃气辐射物性的计算。(4)考虑缸内气相对液滴的辐射换热。软件GTEA已有的液滴蒸发模块忽略了热辐射的影响,本文考虑辐射能以类似于对流换热的形式作用于液滴表面。采用B.Abramzon与S.S.Sazhin简化的辐射吸收模型及Dombrovsky和Sazhin给出的平均吸收因子的最佳近似表达式,编写液滴辐射换热计算程序。通过单液滴算例研究表明:当气相温度较低(673K)时,辐射传热对液滴直径和温度的影响较小。(5)实现燃烧室内两相燃气流中的辐射与对流耦合传热数值模拟。运用软件GTEA中已有的传热、流动、喷雾、化学反应等数值求解模块,及本文新添加的辐射传输方程求解模块、非灰气体物性计算模块、液滴辐射换热程序,分析考虑液滴辐射换热和燃气中二氧化碳和水蒸气的辐射传热对缸内平均温度和平均压力的影响,及对缸内瞬时温度分布的影响。考虑燃气的辐射换热使缸内平均压力更接近于实验值。