模拟气体运动的快速压缩机

摘要:本文介绍了一种模型，其描述了天然气等气体混合物在快速压缩机器里压力，密度和温度的变化。该模型包括一个耦合系统的非线性偏微分方程，还有正式的渐进化数字的解决方案。使用 渐近技术，一个简单的离散型算法表达了气体的压力，温度和 密度的演化，核心数据来源于记录室的记录。结果表明，使用实验数据该模型有有较好的计算和预测能力。

关键词：快速压缩机，震动波，奇异摄动理论

1 导言
1.1 快速压缩机
    一种快速压缩机器设备用来研究自燃的气体混合物在高压和高温条件下，尤其是在自动点火内燃机 中（见[ 1-3 ]）。一个典型的内燃机处于一个非常肮脏的和复杂的环境中， 这也促使压缩机器的科学研究朝更清洁和更简单的设置方向着快速发展。
    图1说明了两个活塞式快速压缩机器的基本情况。然而，单活塞机， 活塞在一头，另一端是结实的墙壁，更典型。在本篇论文中，对单活塞和双活塞压缩机均有详尽的阐述。
快速压缩机器操作非常简单----活塞压缩处于封闭状态的气体混合物。封闭的压缩气体造成 气体压力，温度和密度迅速增加。图1 （a），1 （b）和1（c）分别快速压缩机器之前，期间和之后的压缩情况。这台爱尔兰国立大学的体积压缩机器初步比例最后为1:12 ，这个值也是其他机器的典型值。在 结束压缩时混合气体由于被压缩，温度升高，可能发生自燃现象。
在图2中，我们描述了H2/O2/N2/Ar混合物气体的压力概况（来自于布雷特的有关压力的文献）。在这图，时间t = 0对应于压缩结束。我们注意到，在大部分的压缩时间内，容器内部的温度缓缓上升，但是压缩快要结束之前（t=0),压力急剧上升。压缩结束时，压力上升陡峭程度超出意料。