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龙图腾网获悉哈尔滨工程大学申请的专利船用内燃机燃料和空气混合过程计算方法和设备获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118366558B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-10发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410468020.5，技术领域涉及：G16C20/10；该发明授权船用内燃机燃料和空气混合过程计算方法和设备是由刘龙;梅齐昊;杨旺;唐元亨;吴越设计研发完成，并于2024-04-18向国家知识产权局提交的专利申请。

本船用内燃机燃料和空气混合过程计算方法和设备在说明书摘要公布了：船用内燃机燃料和空气混合过程计算方法和设备，属于仿真技术领域，解决混合过程计算方法精度低和计算时间长问题。本发明的方法包括：通过离散假设将每个计算步长内喷射的气相或液相燃料和卷吸入的空气分别抽象成均匀的球形粒子，然后基于流体理论采用韦伯数来表征燃料和空气粒子的物性和动力学状态等对碰撞结果的综合影响，接着根据碰撞粒子对的韦伯数和粒子质心间的偏心率构建碰撞脉谱图，并通过碰撞边界线明确细化有效碰撞区域，最后对不同有效碰撞机制下的物质交换机制进行定量化，提出了一种船用内燃机燃料和空气混合过程计算方法。该方法计算速度快、计算精度高。本发明适用于各种船用内燃机燃料和先进喷射策略。

本发明授权船用内燃机燃料和空气混合过程计算方法和设备在权利要求书中公布了：1.一种船用内燃机燃料和空气混合过程计算方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：根据燃料喷射条件获取喷雾贯穿距，通过喷雾贯穿距计算得到空气卷吸率；步骤2：基于离散化假设将每个计算步长内喷射的气相或液相燃料和卷吸入的空气分别抽象成均匀的球形粒子，并根据燃料喷射质量和空气卷吸质量计算得到燃料粒子的体积和直径以及空气粒子的体积和直径；步骤3：基于流体理论采用韦伯数来表征燃料和空气粒子的物性和动力学状态对碰撞结果的综合影响，并将韦伯数与碰撞粒子对质心间的偏心率耦合构建碰撞脉谱图；步骤4：根据碰撞参数和粒子尺寸比以及相关参数，明确粒子对碰撞的反弹下限边界线、聚并和拉伸分离分界线以及聚并和自反分离分界线，划分出拉伸分离、聚并和自反分离三种有效碰撞区域；步骤5：对不同有效碰撞机制下的粒子碰撞物理过程进行抽象简化描述，并对碰撞粒子对彼此之间的质量和动量以及能量交换过程进行定量计算，获得燃料和气体混合后的组分浓度和动力学以及热力学状态；步骤1包括：步骤1.1：根据喷孔直径收缩系数Cd、喷雾截面速度和体积分数分布因子β、喷雾射流的有效喷射速度Uefft、有效喷孔直径deq、喷雾锥角θ和喷油持续期tj，计算得到瞬时喷雾射流贯穿距Stip和喷雾体积Vspray： 步骤1.2：根据空气粒子的密度ρa、喷雾体积变化率燃料质量喷射速率燃料粒子的密度ρf以及喷雾截面速度和体积分数分布因子β，计算得到空气卷吸率 步骤5包括：步骤5.1：在拉伸分离过程中，二元粒子对发生非对心碰撞，并且它们的部分区域互相交换物质，假设燃料粒子Ps和空气粒子Pl的碰撞接触区域聚合在一起，形成一个新的均质球状粒子Pk；同时假设燃料粒子Ps和空气粒子Pl的未碰撞区域内的燃油质量分数fs和fl、速度us和ul、密度ρf和ρa以及比焓hs和hl在拉伸分离后保持不变；根据空气粒子的相互作用区域与其体积的比值χ、燃料粒子的直径ds和空气粒子的直径dl，计算得到燃料粒子Ps碰撞区域体积Vss、空气粒子Pl碰撞区域体积Vls以及新粒子Pk的体积Vk：Vk＝Vss+Vls；步骤5.2：根据空气粒子的密度ρa、燃料粒子的密度ρf、燃料粒子Ps碰撞区域体积Vss和空气粒子Pl碰撞区域体积Vls，计算得到燃料粒子Ps和空气粒子Pl以及新粒子Pk在拉伸分离后的质量和n代表计算步骤，n和n+1分别代表计算前后；步骤5.3：根据空气粒子的密度ρa、燃料粒子的密度ρf、燃料粒子Ps碰撞区域体积Vss、空气粒子Pl碰撞区域体积Vls、燃料粒子Ps和空气粒子Pl的燃油质量分数fs和fl、速度us和ul、以及比焓hs和hl，计算得到新粒子Pk的密度ρk、燃油质量分数fk、速度uk和比焓hk：步骤5.4：在聚并过程中，二元粒子对发生对心碰撞并且合并在一起；假设整个燃料粒子Ps和整个空气粒子Pl凝聚在一起形成一个新的均质稳定粒子Pk，而原来的二元粒子对消失；根据整个燃料粒子Ps体积Vsc和质量Msc和整个空气粒子Pl体积Vlc和质量Mlc，计算得到新粒子Pk的体积Vk和质量Mk：Vk＝Vsc+Vlc、Mk＝Msc+Mlc；步骤5.5：根据整个燃料粒子Ps质量Msc、整个空气粒子Pl质量Mlc、燃料粒子Ps和空气粒子Pl的燃油质量分数fs和fl、速度us和ul、以及比焓hs和hl，计算得到新粒子Pk的燃油质量分数fk、速度uk和比焓hk：步骤5.6：在自反分离过程中，假设在计算步长Δt内燃料粒子Ps穿过空气粒子Pl，形成一片扫掠体积ΔV，且ΔV与燃料粒子体积Vsr在整个喷雾区域体积中的体积分数成正比；然后燃料粒子Ps的扫掠区域和空气粒子Pl的扫掠区域聚合在一起形成一个新的均质粒子Pk；而燃料粒子Ps和空气粒子Pl的未扫掠区域的物性，包括燃油质量分数fs和fl、速度us和ul、密度ρf和ρa以及比焓hs和hl，在自反分离后仍保持与碰撞前的不变；根据燃料粒子的直径ds、燃料粒子Ps和空气粒子Pl的速度us和ul、计算步长Δt、燃料粒子体积Vsr、空气粒子的密度ρa和燃料粒子的密度ρf，计算得到扫掠体积ΔV、燃料粒子Ps和空气粒子Pl的扫掠质量Msr和Mlr：Msr＝ρfΔV、Mlr＝ρaΔV，N代表整个喷雾区域内所有粒子的数量；步骤5.7：根据扫掠体积ΔV、燃料粒子Ps和空气粒子Pl的扫掠质量Msr和Mlr，计算得到自反分离后燃料粒子Ps和空气粒子Pl以及新粒子Pk的质量和步骤5.8：根据燃料粒子Ps和空气粒子Pl的扫掠质量Msr和Mlr以及自反分离后新粒子Pk的质量Mk、燃料粒子Ps和空气粒子Pl的燃油质量分数fs和fl、速度us和ul、以及比焓hs和hl，计算得到新粒子Pk的密度ρk、燃油质量分数fk、速度uk和比焓hk：步骤5.9：对于混合过程中两种不同燃料浓度的混合物粒子碰撞，根据尺寸区分，将直径较小的混合物粒子用Ps表示，将直径较大的混合物粒子用Pl表示，然后按照纯燃料粒子和纯空气粒子的混合机制，重复步骤3、4以及步骤5.1-5.8直到计算结束，获得各个粒子内的燃油浓度和空气浓度。

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