正庚烷液滴对流蒸发中的膨胀与环境压力影响

为深入了解液滴蒸发过程中热环境与压力耦合效应的影响,建立考虑液滴与环境气流物性瞬态变化的物理数学模型描述球形燃料液滴的对流蒸发过程.以正庚烷液滴在氮气流中的蒸发为例,数值模拟研究了液滴膨胀与环境压力的影响.结果表明:不考虑液滴膨胀所预测的液滴寿命明显偏长;而环境压力的影响与环境温度、气流相对速度相关;在一定的热环境参数下,压力效应发生逆转;对正庚烷液滴蒸发,在较大的气流相对速度范围内,提高压力可促进液滴蒸发的环境温度下限为680~800K.本研究为燃料液滴蒸发的预测分析奠定了理论基础.     

单组分液滴在快速降压环境下传热传质过程研究

为了对降压环境下单个液滴的蒸发过程进行研究,基于气液界面的捕捉模型,建立适用于快速降压环境下单个液滴的蒸发模型,利用纯水液滴蒸发的实验数据验证该模型,分析静止纯水液滴在相变过程中的形态变化以及液滴内部速度场、蒸汽分布等随时间的变化,模拟分析不同压力环境、液滴直径、初始温度等条件对液滴中心温度及蒸发速率的影响.结果表明:...     

燃烧室高压环境下喷雾液滴非稳态蒸发数值研究

采用全瞬态高压蒸发模型,在考虑液滴内部流动、高压气液平衡、气相溶解及高压属性修正等高压非理想因素条件下,仿真分析了喷雾液滴高压非稳态蒸发特性,得到了环境条件及各种高压非理想因素对液滴生存时间的影响。结果表明:随着环境压力的增大,液滴内部将一直处于非稳态加热过程,气体溶解量增大,蒸发初期的膨胀过程更加明显,半径变化不再服从D2定律;在高温环境下,提高环境压力有利于缩短液滴生存时间,但在低温环境下,提高环境压力反而会延长液滴生存时间;高压环境下忽略气相溶解的影响,会略微延长液滴生存时间,而忽略气相高压物理属性修正及液滴内部流动的影响,将明显缩短液滴生存时间。     

基于"薄膜理论"的单个水滴在高温烟气中蒸发参数研究

针对干法除尘蒸发冷却器中高温转炉烟气条件下的单颗粒水滴蒸发过程进行了研究,在传统液滴蒸发模型的基础上,引入了"薄膜理论",建立了一个简化的蒸发模型,在模型中考虑了随温度变化的热物性参数、Stefan流、以及液滴瞬态加热等因素对水滴蒸发过程的影响,得到了瞬间蒸发速率、液滴表面温度、液滴直径随蒸发时间的变化规律,以及烟气温...     

内燃机附壁油膜蒸发的一维解析

内燃机中附壁油膜是产生污染物排放的重要原因,针对该问题,本文提出了一个用于预测附壁油膜蒸发率的方程,并建立了一维非稳态数学模型来分析附壁油膜的加热和蒸发特性。该模型考虑了油膜与壁面的热传导,与空气的对流换热以及自身蒸发所释放的热量。应用所建立的模型预测了正十二烷在高温高压环境中的瞬态加热蒸发过程,考虑了油膜物性随温度的变化,得到了不同时刻不同位置附壁油膜温度分布的解析解。结果表明:附壁油膜的加热蒸发过程大致可以分为3个阶段,即初始表面快速加热阶段,稳定加热蒸发阶段和末尾阶段;在较薄的初始油膜,较高的环境温度和对流换热系数以及较低的环境压力下,油膜蒸发较快。     

肼类燃料液滴的亚临界——超临界蒸发/分解燃烧理论

对肼、一甲基肼、偏二甲肼的亚临界－－超临界蒸发／分解燃烧进行了研究,计算了肼类燃料滴在不同压力下液滴温度和蒸发速度的变化历程,计算了蒸发常数、传热数和传质数,其结果和实验数据是吻合的。本文不但考虑了肼类燃料滴的亚临界蒸发／分解燃烧,还考虑到了其超临界蒸发／分解燃烧,并对达到超临界工况时的界限参数进行了计算。     

印刷电路板换热器中S-CO2换热特性数值分析

为了探究超临界二氧化碳(S-CO2)在直通道印刷电路板换热器(PCHE)中换热特性,本文采用数值模拟方法对此问题进行了研究.计算分析了S-CO2在印刷电路板换热器中的换热特性,并对比了在单独改变一侧通道入口温度、工作压力及工质流量时对流换热系数和壁面努塞尔数的变化趋势.研究结果表明:由于工作压力不同,超临界二氧化碳工质存在从类液区向类气区过渡的情况,导致印刷电路板换热器换热通道入口温度或流量变化相同时对流换热系数和壁面努塞尔数呈现出不同的变化趋势.保持超临界二氧化碳工作压力和流量一定时改变冷侧入口温度比改变热侧入口温度对印刷电路板换热器热功率的影响更大;改变热通道的压力或流量要比改变冷通道的压力或流量对PCHE热功率的影响更大.     

超低压量程下的可燃气体燃烧特性研究

试验研究了超低压环境对甲烷层流扩散火焰特性的影响。试验基于3 m×2 m×2 m变气压变氧浓度试验舱完成,试验舱的压力以恒定速率从标准大气压101.6 kPa降低到设定压力13 kPa,通过线性变化的不同降压、升压速率两个阶段,研究甲烷燃料在匀速动态的不同环境压力下的扩散火焰燃烧特性(如火焰温度、热辐射通量、火焰形状)。实验发现,浮力羽流区温度ΔT₀与环境压力P_∞^-2/3呈显著的正相关,但不适用于30 kPa～13 kPa的超低压量程。火焰形态(颜色和高度)与甲烷流量及环境压力变化关系密切。此外,在动态的压力变化下,甲烷火焰的热辐射通量与环境压力呈正相关变化。在降压阶段,随着甲烷流量增大,火焰高度先增后减再增,最后为持续增加;升压阶段情形则与之相反。     

网格尺寸对液滴蒸发的影响

为了有效地模拟实际工业应用中的液雾蒸发和燃烧,采用有限差分方法对无限热传导液滴蒸发模型进行了研究,并与相关的实验数据进行了对比和验证,发现采用定常的背景热质条件对网格的大小不敏感,但在实际计算过程中采用的当地瞬时热质条件所依赖的网格大小,对液滴蒸发具有重要影响.研究表明只有当网格的尺寸达到液滴直径的10倍左右时,采用当地瞬时的热质条件才可以得到满意的结果.此外,还发现关联数的校正格式及液滴在网格内的初始位置对液滴蒸发的影响不大.     

液滴在高温气流中蒸发混合特性计算分析

针对选择性非催化还原(SNCR)过程中还原剂溶液在炉内的蒸发扩散问题,运用Fluent计算软件模拟液滴在高温气流中蒸发扩散过程.研究涉及到主要参数包括气流流速、气流温度、液滴喷射速度、液滴喷射量以及液滴雾化粒径因素,分析它们对液滴蒸发和扩散规律的影响.以液滴蒸发时间、距离﹑有效区域体积、投影面积为衡量指标,得到液滴蒸发规律.研究表明,气流温度、气流流速和液滴喷射速度的增大都可以加速液滴蒸发,其中气流温度的影响最大,液滴喷射速度次之,气流流速最小.液滴喷射量和液滴雾化粒径的增大都可以使蒸发时间延长.除气流流速外,其他4种变量增大都会使研究区域内混合状况变好.     

氮液滴在气流中的破碎和碰撞模拟

为揭示喷雾冷却中雾场氮液滴的行为,基于流体体积法(VOF)建立氮液滴的碰撞模型,对氮液滴在高速气流下的不同碰撞过程进行数值模拟,研究碰撞过程中液滴形态及气隙压力的变化情况.设定相同与不同液滴尺寸的液滴碰撞,以及对心与偏心液滴碰撞等4种不同条件,分析在各种碰撞条件下,碰撞初始条件改变对于液滴形态与后续液滴大小的影响.数值计算结果表明:高速气流下液滴发生碰撞时,其破碎形态主要由气流速度决定,而碰撞参数B主要决定液滴拉伸形成韧性带的方向;液滴接触时形成的气体间隙,其压力呈现先增大后减小的趋势;与对心碰撞过程相比,偏心碰撞时气隙压力会更快释放;相同尺寸对心碰撞的后续液滴分离情况最差,这是由于韧性带沿着气流方向,导致液膜没有明显破碎,对于后续液滴蒸发不利.     

环境条件对离心式喷嘴雾化性能的影响

以离心式压力雾化喷嘴为研究对象，对不同环境条件下喷嘴雾化特性的影响进行了数值模拟研究，获得了不同环境压力和环境温度对油膜厚度和雾化锥角等雾化特性参数的影响规律。利用FLUENT软件，在喷油压力4.0 MPa、燃油温度100 ℃的条件下，对环境压力由0.1 MPa升至3.0 MPa、环境温度由-50 ℃升至400 ℃过程中的燃油雾化特性进行了数值计算。结果表明，当环境压力一定时，环境温度增加，气体密度减小，燃油蒸发作用加剧，气相燃油比例增大，雾化效果增强；当环境温度一定时，环境压力增加，气体密度增大，油膜厚度增大，液相燃油比例增大，不利于燃油雾化。     

内燃机工作过程三维两相反应流数值模拟

针对内燃机缸内工作过程三维两相反应流动问题开发了一套数值模拟程序.对气相流动采用Euler方法求解,用有限体积法离散控制方程组,采用SIMPLEC算法求解压力速度耦合.而对液滴相采用离散液滴模型(DDM),通过Lagrange方法求解.对液滴追踪采用了一种快速的颗粒追踪方法,考虑了液滴相与气相的完全双相耦合情况,采用Spalding模型描述液滴蒸发,同时采用涡破碎(EBU)模型计算化学反应速率.对TBD620发动机工作过程进行了数值模拟,数值计算结果分别与理论值和实验值吻合良好,压力峰值处误差在2％以内,验证了程序的可行性,并通过不同网格模型证明了程序的网格独立性.     

水平板上固着碳纳米管燃油液滴的蒸发特性

以正十四烷（C14）为基液,表面活性剂溴化十六烷三甲基铵（CTAB）为助溶剂,采用两步法配制分别含有20、50 nm碳纳米管（CNT）的纳米燃油. 分析比较基液燃油与纳米燃油的黏度特性,采用接触角测量仪记录燃油液滴在加热平板上的蒸发变形,探究不同粒径及质量浓度的CNT对正十四烷燃油液滴蒸发特性的影响. 研究表明,纳米粒子的加入增加了基液的黏度,并且黏度随着纳米粒子质量浓度增大或粒径减小而增加. CNT纳米燃油液滴蒸发过程符合部分润湿状态下单组分液滴蒸发的一般规律. 在液滴蒸发定接触线阶段,纳米燃油导热系数增强,液滴从外界吸收的热量加快向液体内部传递,延滞了液滴边缘处（三相线处）液体分子的挥发. 纳米粒子在液滴边缘处沉积,阻滞了接触线向内收缩,增加了液滴在定接触线阶段蒸发的持续时间,纳米燃油在此阶段的蒸发速率比基液燃油低,且蒸发速率的差异随燃油中纳米粒子数量的增多而加大. 在定接触角与混合蒸发阶段,“自销钉”效应阻滞接触线收缩,液滴与底板的接触面积较大,液滴中纳米粒子质量浓度的增加使液滴吸收更多的热量,在后2个蒸发阶段,纳米燃油的蒸发速率明显加快,大于基液燃油的蒸发速率. 在整个蒸发过程中,纳米燃油的平均蒸发速率高于基液燃油.     

浆滴的蒸发及对于SO2吸收影响的探讨

烟气脱硫过程，纯液滴蒸发是研究浆滴干燥理论的基础。建立了纯水液滴蒸发的数学模型。理论上计算出液滴完全蒸发所需的时间，定量分析了烟气温度、液滴初始温度、烟气速度和烟气相对湿度对蒸发时间的影响规律，在此基础上分析比较Ca(OH)2浆滴蒸发的过程，探讨了Ca(OH)2蒸发对于SO2吸收过程的影响因素。     

Water distribution and removal along the flow channel in proton exchange membrane fuel cells

Distribution expressions of total gas pressure and partial water vapor pressure along the channel direction were established based on lumped model by analyzing pressure loss in the channel and gas diffusion in the layer. The mechanism of droplet formation in the flow channel was also analyzed. Effects of the relative humidity, working temperature and stoichiometry on liquid water formation were discussed in detail. Moreover, the force equilibrium equation of the droplet in the flow channel was deduced, and the critical flow velocity for the water droplet removal was also addressed. The experimental results show that the threshold position of the liquid droplet is far from the inlet with the increase of temperature, and it decreases with the increase of the inlet total pressure. The critical flow velocity decreases with the increase of the radius and the working pressure.