高温高压环境下燃油液滴蒸发的特性试验

为了探究环境属性与燃油属性对单组分液滴蒸发特性的影响,建立了高温高压单液滴蒸发试验装置,系统研究了正庚烷、正十二烷和正十六烷单液滴在高温高压下的蒸发特性.结果表明:当环境温度超过燃油的临界温度且环境压力接近燃油的临界压力时,液滴周围就会出现"可见蒸气",且随着压力的升高,"可见蒸气"的量逐渐增多.此外,随着环境温度的升高,环境压力的升高对3种燃油液滴蒸发速率的影响由抑制转变为促进,在某一温度下,环境压力的变化对燃油液滴的蒸发速率影响很小,该环境温度接近燃油的临界温度.在当前研究的压力范围内,正庚烷、正十二烷和正十六烷燃油液滴蒸发速率的变化率均随环境温度的升高而增加,且环境压力越高,蒸发速率随环境温度的增加幅度越大.     

二甲醚液滴高压蒸发的数值模拟

在分析燃油液滴高压蒸发规律的基础上,考虑液滴内部的热传导过程、内部环流和非理想气体效应,建立了高压蒸发模型,并利用该模型对二甲醚(DME)单液滴的蒸发过程进行了数值模拟分析。采用状态方程法计算了DME-N2体系的气液相平衡。结果表明:高压有利于燃料液滴蒸发;即使环境压力超过燃油的临界压力,其平衡蒸发温度也未必能达到临界温度。     

二甲醚/液化石油气液滴超临界蒸发特性的数值模拟

引入相平衡理论建立了DME-LPG-N2三元气、液高压相平衡,获得了液滴表面各组分的物质的量分数.建立了混合液滴超临界蒸发的计算模型,计算了二甲醚(DME)/液化石油气(LPG)双燃料液滴的蒸发过程,考察了液滴的初始直径、初始组分、环境温度和环境压力对蒸发过程的影响.结果表明:环境压力、温度越大,环境介质(N2)在液滴中的溶解越明显;液滴初始直径越小,蒸发寿命越短;液滴中DME越多,亚临界蒸发过程中的液滴蒸发寿命越长,而超临界蒸发过程中液滴蒸发寿命越短;环境温度越高,液滴蒸发寿命越短;在研究的温度范围内,环境压力越高,在亚临界条件下液滴蒸发寿命越短,而在超临界条件下液滴蒸发寿命越长.     

状态方程对高温高压条件下燃料液滴蒸发计算的影响

以实际气体状态方程为基础,建立了单个液滴的高压蒸发模型和数值计算方法,并对庚烷液滴在氮气中的蒸发过程进行了模拟计算.重点研究了RK、SRK、PR三种状态方程对高温高压条件下燃料液滴蒸发计算的影响.结果表明,PR方程在气液相平衡、热物性参数以及液滴直径变化历程的计算上都与试验数据有很好的一致性;SRK方程在气液相平衡、二元混合物临界点以及庚烷相变焓的计算上与PR方程的计算结果十分接近,但在热物性参数和液滴蒸发寿命的计算上相比于PR方程的计算结果偏小;RK方程的计算结果与SRK方程和PR方程相比均存在较大偏差.因此,对于建立单个液滴高压蒸发模型而言,PR方程的精度最高,SRK方程次之,RK方程的精度最差.     

六组分替代柴油的单液滴蒸发特性模拟

为有效模拟实际柴油液滴的蒸发过程,以六种组分(甲苯、正癸烷、正十二烷、正十四烷、正十六烷和正十八烷)作为柴油的替代,构建了考虑辐射效应的多组分液滴蒸发的有效扩散模型,并与柴油液滴蒸发试验进行对比.结果表明:与单组分替代物相比,该六组分替代柴油的单液滴蒸发模型更能表征柴油在高温下的蒸发状态,且该六组分液滴初期蒸发较快、升温较慢,但总体生存时间增长,蒸发终了温度升高.液滴各组分表面质量分数快速减小(或增加),但中心质量分数只在蒸发后期稍有变化.     

基于混合热格子玻尔兹曼模型的液滴蒸发数值模拟

采用格子玻尔兹曼方法(LBM)的单组分伪势模型与有限差分耦合的混合热格子玻尔兹曼模型(TLBM)对液滴蒸发过程进行了研究。首先,通过对液滴在方腔内蒸发过程进行模拟,验证了所采用计算方法及程序的有效性。随后,模拟了液滴撞击高温壁面后的蒸发过程,研究了壁面温度、液滴邦德数和液滴雷诺数对蒸发过程的影响。结果表明,壁面温度、液滴邦德数和液滴雷诺数的增加均会造成液滴撞击高温壁面后蒸发速率的增大。     

二甲醚/液化石油气双燃料液滴蒸发特性的数值研究

以单一组分液滴在静止环境中的蒸发模型为基础,建立多组分液滴蒸发的折算数学模型,并以二甲醚(DME)/液化石油气(LPG)双燃料液滴作为研究对象,对其亚临界蒸发过程进行了详细的模拟研究。获得了各组分在不同环境温度和环境压力下液滴蒸发的湿球温度,以及组分摩尔分数变化时双组分液滴湿球温度的变化情况。考察了液滴中组分的初始摩尔分数、液滴初始温度、环境温度和压力及混合规则对蒸发过程的影响,结果表明:相同环境条件下,混合物的湿球温度随DME摩尔分数的增大而升高;液滴初始质量相同时,DME初始摩尔分数越大,蒸发的时间越长;初始质量及组分初始浓度一样的多组分液滴,初始温度越接近湿球温度,蒸发时间越短;环境压力越高,液滴湿球温度越高,气体混合物扩散系数越小,液滴生存期内加热期所占的比例明显增加,蒸发时间较长;使用混合规则二,蒸发时间较长。     

不同润湿性表面液滴铺展及蒸发过程的LBM数值模拟

基于格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）对固着在加热基板上的液滴铺展及蒸发过程进行模拟,主要研究重力场、基板润湿性以及初始环境温度对液滴铺展及蒸发过程的影响。通过预测蒸发过程中液滴与基板的接触直径变化和液滴剩余质量变化,分析液滴形状及体积变化。研究结果发现,液滴形貌及蒸发过程受重力影响较大,重力作用下液滴铺展现象明显且蒸发加快。基板的接触角越小,液滴铺展现象越明显,其接触直径越大,蒸发越快。当环境温度与基板温度相差较大时,液滴内部出现涡流,强化换热使蒸发过程加快。     

两组分液滴蒸发特性研究

建立两组分液滴蒸发理论模型,利用Matlab 6.5编程,模拟计算高温气流中液滴的蒸发过程,得出液滴的蒸发规律,而且计算结果与试验结果吻合很好.模拟结果和试验结果表明：在蒸发过程中,两组分液滴蒸发不满足D2定律,乙醇组分比水组分蒸发快,随着乙醇浓度降低,蒸发速率不断下降.乙醇浓度越大,液滴蒸发越快.气流温度越高、气流速度越大,液滴蒸发时间越短,液滴蒸发速度越快.     

超临界工况下二甲醚蒸发的数值模拟

基于瞬态气液相控制方程,建立了超临界工况下二甲醚(DME)蒸发的数学模型,并进行了数值求解。详细考虑了高压下的非理想气体效应、液滴表面热动力相平衡、环境气体的可溶性、流体热物性的高压修正以及Soret和Dufour耦合效应等。计算结果表明,高压下气体溶解显著增强,相变焓明显偏离蒸发潜热,d~2律已不能准确描述液滴蒸发现象,液滴表面温度一直处于上升状态,甚至可以达到临界点;而且,随着压力的上升,耦合效应对蒸发的影响逐渐增强。     

亚临界和超临界压力下燃料液滴的蒸发特性

以实际气体状态方程为基础,建立了适用于高压下的导热系数、扩散系数等物性参数的计算方法,并将高压汽液相平衡、混合物临界点以及蒸发焓的概念引入到液滴表面的传热传质过程中,以此为基础建立了单个燃料液滴的高压蒸发模型.研究了亚临界和超临界压力下壬烷液滴在氮气中的蒸发过程及其物理控制因素,重点探讨了超临界压力下液滴蒸发过程中液滴表面自亚临界状态向超临界状态的迁移过程及迁移条件.结果表明,在亚临界压力下,液滴蒸发始终受相变控制.在超临界压力下,当液滴表面由燃料和环境气体组成的混合物达到其临界点时,液滴表面将发生自亚临界状态向超临界状态的迁移.在液滴表面迁移之后,液滴表面消失,燃料自高浓度的燃料核心向远方场的扩散过程不受相变控制.另外,随着环境温度的升高液滴表面发生迁移所需的最低环境压力逐渐降低.     

乙醇液滴在高温氮气环境下的运动蒸发特性

为达到新型燃料发动机高效工作的目的,基于质量、动量、能量方程,对单个乙醇液滴在高温氮气环境下的运动和蒸发过程建立数学模型,通过与实验数据对比,验证了模型的有效性。分析了不同环境压力下,液滴温度、速度、尺寸与时间和贯穿距离的关系。结果表明：环境压力越高,瞬态和平衡蒸发阶段时间越长,温度越高;液滴运动速度下降越快,贯穿距离越短;蒸发速度越慢,液滴寿命越长。在液滴速度连续变化的距离内,液滴温度逐渐上升,而尺寸略有膨胀。随环境压力升高,瞬态阶段的膨胀越显著。     

蒸发液滴内部非稳态流动的数值计算

在气液两相流VOF(volume of fluid,VOF)模型的基础上耦合CSF(continuum surface force,CSF)表面张力模型,建立了高温平板上的铺展液滴与高温空气中悬浮液滴蒸发过程中内部非稳态流动模型,对液滴蒸发过程中内部非稳态流动进行了研究。基于相变理论,采用用户自定义函数将流体相变模型加入非稳态流动模型中进行耦合计算,获得了高温平板上的铺展液滴与高温空气中悬浮液滴蒸发过程中的内部流动及变化过程。液滴蒸发过程中非稳态内部流动由液滴表面的温度梯度引发,Marangoni流动在液滴内部形成的时间非常短,流体从液滴表面高温区域流向低温区域。计算结果表明:高温平板上随着液滴蒸发的进行,液滴内部一直保持两个对称的涡流,Marangoni流动比较稳定;高温空气环境中随着液滴蒸发的进行,液滴内部四个涡流逐渐转变成两个对称的涡流;液滴内部温度分布因Marangoni流动加强传热而变得均匀,同时由于温度分布变得均匀,Marangoni流动被削弱。     

正丁醇水溶液液滴的蒸发特性实验研究

自湿润流体是一种具有特殊的表面张力特性的二元流体,了解其蒸发传热特性对于揭示其强化传热机理十分重要.为了探究添加自湿润流体液滴的蒸发特性,采用液滴形状分析仪(DSA100)研究了不同温度(30、40、50、60℃)下铜底板上去离子水、正丁醇水溶液(质量分数为0.5％)液滴的蒸发特性.结果 表明:加入少量正丁醇溶液并不影...     

基于分子动力学的燃油液滴超临界蒸发特性

基于分子动力学模拟的方法,对氮气环境中单个烷烃液滴的蒸发过程进行了模拟研究,揭示了液滴在亚临界和超临界条件下液滴蒸发特性的显著差异．对正十二烷液滴在氮气环境内的蒸发过程进行分子动力学模拟,结果表明：在超临界温度和压力条件下,液滴的温度持续上升,能够超过燃油组分的临界温度;此时,液滴与周围气相区的密度差异近乎消失,气-液相交界变得难以辨别,明显不同于亚临界条件下典型的气-液两相蒸发特征;蒸发速率随环境温度的升高而增大．在较低的压力范围内,升高环境压力能够提升液滴蒸发速率,但当压力达到一个特定值后,随着环境压力的升高蒸发速率反而会降低,同时液滴转变为超临界蒸发状态所需的最小压力随环境温度的升高而降低．对于双组分混合液滴,在亚临界环境条件下,液滴内的轻质组分优先蒸发;而在超临界环境条件下,液滴内各个组分近乎保持同步蒸发,两个燃油组分共同主导液滴的完整蒸发过程．     

水平管外降膜蒸发传热特性的数值模拟

为深入研究液膜内的微观传热机理,对水平管外降膜蒸发的传热特性进行了数值模拟,获得了液膜厚度、液膜流动速度和传热系数等热力参数在液膜内的分布特性。通过与实验数据的对比验证了数学模型的准确性。研究结果表明:在饱和蒸发温度62℃、传热温差2.8℃、管外径25.4mm和液膜入口速度0.071~0.15 m/s条件下,沿圆周方向,液膜厚度减小,传热系数增加,直至达到液膜热力发展区,膜厚和传热系数趋于稳定;受液膜内温度变化的影响,液膜内的粘度、表面张力和导热系数的变化对液膜传热特性产生显著影响。     

液滴撞击等温斜面的数值模拟

采用基于volume of fluid (VOF)方法的计算流体力学二维模型,在考虑表面张力及壁面黏附的情况下,研究水滴在撞击浸润性不同的倾斜表面的铺展过程.结果表明,不同的壁面润湿特性对液滴铺展的影响存在差异.计算所得结果与实验测量值相吻合,表明了VOF方法研究液滴碰撞的可行性.     

高温高压下燃油二次雾化特性的数值研究

为了提高燃油燃烧效率,从而降低污染物的排放,基于CFD(Computational Fluid Dynamics)理论和DPM(Discrete Phase Mode)l方法,使用FLUENT软件模拟了燃油的二次雾化过程,分析了燃油的雾化特性,模拟结果与相应的实验数据吻合较好;模拟了不同压力、不同温度时,燃油的二次雾化过程,获得了燃油的喷雾形态和不同工况时的贯穿距及SMD(Sauter Mean Diameter);分析了压力、温度对贯穿距和SMD的影响。     

醇酯类燃料液滴蒸发特性的影响研究

文章设计了液滴蒸发试验装置,选用硝酸酯作为十六烷值改进剂,在高温管式炉上通过挂滴法观察了单个硝酸酯-甲醇溶液液滴的蒸发过程.采用高速摄像机和图像处理技术,研究了硝酸酯掺混比和环境温度对硝酸酯-甲醇溶液液滴蒸发特性的影响规律.研究结果表明:在液滴蒸发过程中,液滴的蒸发基本符合D2定律;当硝酸酯的掺混比为10％,温度从10...     

基于优化尿素液滴蒸发特性的SCR混合器

从改善尿素溶液蒸发速率方面对一款选择性催化还原(SCR)系统催化转化器的混合器结构进行改进设计,提出一种由半球型和百叶窗组成的新型混合器结构.基于连续相与离散相的耦合计算,对改进前、后的催化转化器内部流场进行数值模拟,结果表明:新型混合器结构能显著提高尿素液滴的蒸发性能,改善催化转化器载体前端气流和氨(NH_3)蒸气分布的均匀性;采用新型混合器结构的催化转化器可使NO_x转化率较改进前明显提高,催化器内部基本无尿素结晶产生,满足国Ⅴ排放要求.