柴油机缸内超临界环境甲醇/正庚烷液滴蒸发过程

采用分子动力学模拟方法研究了甲醇/正庚烷混合燃料液滴在不同温度(400、700、1000 K)、不同压力(2、5、7 MPa)下不同甲醇掺混质量分数(0、10%、20%、30%)的蒸发过程。结果表明:正庚烷液滴的蒸发直径随时间的变化相对平滑,甲醇/正庚烷混合燃料液滴中甲醇的蒸发对超临界环境条件更加敏感,混合燃料液滴蒸发过程波动更加剧烈。基于蒸发速率、液滴分子数和界面厚度3个指标,提出了液滴蒸发阶段的3种划分方法,并讨论了3种划分方法在不同环境条件及燃料成分下的适用范围;提出界面厚度变化率作为判断临界状态转变的指标,当界面厚度变化率大于0.04 nm/ps时,认为液滴发生亚临界向超临界的转变;基于界面厚度变化率突变时刻,建立了甲醇/正庚烷液滴临界相变预测模型,计算结果表明,甲醇掺混质量分数达到或超过44%时观察不到界面厚度变化率突变的现象,即液滴亚临界向超临界转变的时间可以忽略。

基于反应工程法的脱硫废水液滴蒸发特性数值研究

采用数值模拟方法研究了干燥塔进口烟气温度、进口烟气流量、塔径对某燃煤电厂脱硫废水旋转喷雾蒸发设备中液滴蒸发特性的影响。为完善液滴蒸发传热传质模型,使用反应工程法(REA)中的液滴表观活化能函数描述液滴的传热传质过程,并将其编译到离散相计算过程中。结果表明:提高进口烟气温度与进口烟气流量,可缩短液滴的蒸发停留时间和竖直蒸发距离;增大干燥塔塔径可延长高温烟气在塔内的停留时间,增大旋流强度,进而加快液滴的换热蒸发过程。

纯麻疯树生物柴油单液滴蒸发特性研究

为了探明麻疯树生物柴油(JME)燃料的蒸发过程,通过碱性酯交换反应制备了JME,并采用热电偶挂滴技术研究了在673 K和873 K的环境温度下JME单液滴的膨化和蒸发特性,分析了环境温度对JME液滴蒸发过程的影响。结果表明,JME液滴的蒸发过程分为瞬时加热阶段、波动蒸发阶段和平衡蒸发阶段;在673 K和873 K下JME液滴的蒸发特性不同,673 K下液滴的蒸发只存在膨胀过程,没有发生微爆,液滴寿命较长,而873 K下液滴出现了微爆现象,液滴寿命较短;环境温度的升高可以提高JME液滴的蒸发速率,这是因为JME中挥发性成分较多,其挥发后形成气泡,在高温下液滴发生膨化和微爆,这样可以更好地实现空气-燃料混合,提高柴油机的燃烧效率。

单个液滴蒸发模型中不同质量传递公式的有效性分析

液滴蒸发是液体喷雾的重要物理过程,文献中使用了不同的模型计算液滴蒸发中的质量流率。依据质量传递驱动力的处理,可将这些模型归类于3种不同形式,即:经典模型、质量类比模型和漂移流动模型。对这些模型的来源和假设作了分析和总结,发现经典模型忽略了瞬态效应,质量类比模型忽略了Stefan流效应,而飘移流动模型同时考虑了Stefan流效应和质量迁移,应为正确的表述。最后以两种不同蒸发率条件下的液滴蒸发为例进行计算,研究了不同质量传递驱动力对液滴蒸发的影响,发现经典模型和质量类比模型都对液滴的蒸发估计过低,且高蒸发率下3种模型对液滴蒸发特性的影响更显著。

对流条件下环境压力对液滴蒸发的影响研究

通过建立单液滴蒸发的物理数学模型,采用数值方法研究了对流环境中压力对液滴蒸发的影响.模型中考虑了蒸发过程中液滴与周围气流物性随温度、压力的瞬态变化.在比较验证计算程序可靠性的基础上,以正庚烷燃料液滴在氮气中的蒸发为例,模拟计算了弱对流与强对流热条件下,环境压力不同时燃料液滴半径与温度的瞬态变化,分析了液滴蒸发的环境压力影响.研究结果表明,对初始温度较低的燃料液滴,压力对蒸发的影响与热环境密切相关,在不同的对流热环境中,压力的影响作用明显不同.

静止环境中甲醇液滴蒸发的数值模拟

采用单液滴非平衡蒸发的数学物理模型,研究了静止环境中甲醇液滴的瞬态蒸发特性,获得了不同环境压力、环境温度和液滴的初始温度条件下液滴半径和液滴温度的变化规律.结果表明,随着环境压力的升高,液滴所达到平衡蒸发温度上升,在环境温度高于临界温度时,液滴蒸发加快,而在环境温度低于液滴临界温度时,液滴蒸发减慢.随着环境温度的上升,液滴蒸发速度加快,液滴达到的平衡温度上升.液滴初始温度对瞬态加热阶段的蒸发有一定的影响,而对平衡蒸发阶段的蒸发几乎没有影响.

激光手术喷雾冷却中单液滴蒸发理论模型的比较

制冷剂喷雾可对激光治疗葡萄酒色斑过程进行有效冷却以保护表皮不受热损伤,其瞬态喷雾冷却过程涉及复杂的液滴蒸发、强烈的对流换热和质量传递。本文对描述制冷剂喷雾平衡蒸发阶段单个液滴蒸发的理论模型进行改进,比较了基于各种假设的七个气相传质模型对R-134a喷雾冷却过程中单个液滴蒸发特性的影响,发现考虑过热影响的气相模型所预测的蒸发过程最接近实验结果,用该模型研究了液滴初始直径和速度等参数对液滴蒸发特性的影响。

苄基叠氮复合柴油液滴蒸发特性及影响因素的试验

为了探明苄基叠氮复合柴油实现快速燃烧的根本原因,在挂滴试验装置上研究了不同配比的苄基叠氮复合柴油液滴的蒸发特性,利用高速摄像技术观察了初始直径为1.42,mm的液滴蒸发过程中的形态变化,并对比分析了环境温度对液滴蒸发特性的影响.结果表明,与柴油相比,苄基叠氮复合柴油液滴蒸发历程发生根本变化,随着浓度的增加,液滴生存时间明显缩短,而且观察到了喷气、微爆等现象,这一强烈的反应是苄基叠氮化合物液相分解高速释放出的氮气所引起的.另外,环境温度升高,液滴微爆强度增加,提高了液滴蒸发速率.

柴油、正丁醇及其混合燃料单液滴蒸发特性的试验

为了探明添加正丁醇对柴油蒸发特性的影响,采用石英丝挂滴技术研究了不同温度下正丁醇、柴油及其混合燃料的蒸发特性,并利用高速摄像技术记录了液滴蒸发过程中直径和形态的变化.研究表明:与柴油两阶段蒸发特性相比,正丁醇瞬态加热阶段较短,正丁醇比柴油蒸发快,且提高环境温度可以降低正丁醇与柴油蒸发特性的差异性.正丁醇/柴油混合燃料比柴油蒸发快,正丁醇添加主要影响柴油蒸发过程的前阶段.高温下,与柴油相比,正丁醇/柴油混合燃料的蒸发特性发生根本变化,其蒸发过程呈现三阶段蒸发特性,液滴出现气泡生成、膨胀和喷气现象,液滴直径波动剧烈,这是由于正丁醇/柴油混合燃料沸点差异性导致的.

运动液滴蒸发时传热传质过程的理论分析

对突然置入气体环境中的运动液滴的非稳态蒸发过程进行了传热传质过程的理论分析,建立了初始瞬间液滴非稳态蒸发的数学模型,并对模型进行数值求解。结果表明,在一定情况下,运动液滴突然置于气体环境中的初始瞬间,由于气液界面上与周围环境之间存在较大的浓度差,使得液滴在初始瞬间的蒸发速率很大,将会使气液界面的温度有所下降,这一温度的下降范围与液滴的初始温度、环境的初始温度以及液滴的运动速度有关。

液体燃料单液滴蒸发特性试验研究

采用电加热悬滴实验系统研究了5种液体燃料的单液滴在不同组分的高温气体环境中的蒸发情况.编制MATLAB程序结合Photoshop软件处理显微高速摄影试验图片,得到63组有效试验数据.结果表明,本文试验结果与国外同类试验结果精度相当;环境温度越高蒸发率越大,小分子气体量越大蒸发量越大;普通煤油和RP3航空煤油的蒸发率随温度的定量变化规律有明显差别;传统Ranz-Marshall蒸发模型需要进一步深入研究.

喷雾过程液滴蒸发计算研究

对喷雾中液滴的蒸发过程进行详细地理论研究 ,同时建立相应的数学模型。以一种典型的模型燃烧室结构作为工程计算背景 ,对包含蒸发的喷雾过程进行三维数值模拟 。

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.

不考虑液相化学反应的苄基叠氮复合柴油液滴蒸发特性仿真

为研究物性参数差异对苄基叠氮复合柴油液滴蒸发特性的影响,选择正十六烷作为柴油的替代物,在不考虑液相化学反应的前提下构建了苄基叠氮-正十六烷多组分液滴蒸发模型.然后利用该模型分析了液滴的蒸发过程,研究了苄基叠氮质量分数和环境温度对液滴蒸发过程的影响.结果表明,苄基叠氮-正十六烷液滴蒸发可分为瞬态加热阶段、混合蒸发阶段和平衡蒸发阶段.苄基叠氮由于其相对正十六烷较高的饱和蒸气压、较小的定压比热容以及较大的蒸气相扩散系数,因而具有较快的蒸发特性.随着苄基叠氮质量分数的增加,液滴蒸发速率不断提高;随着环境温度的升高,液滴升温速率不断增大,平衡蒸发温度不断升高,液滴蒸发速率不断增大,但是这一变化趋势并不与温度呈线性关系.

低频压力振荡环境下静止液滴蒸发过程的准稳态模型

为了获得燃料液滴对压力变化得到响应特性,从微观上对压力振荡环境下的液滴蒸发过程进行了分析。结果表明压力振荡会导致流场内部力的不平衡,从而会使液滴周围边界层内气体产生周期性流动,以及液滴周围边界层内蒸气质量分数的振荡,最终会使液滴蒸发速率的产生与压力振荡周期相同的振荡。在此基础上,根据流动边界层理论,提出了饱和蒸气边界层的概念,建立了压力振荡环境下静止液滴蒸发的准稳态模型并进行了数值求解,获得了静止液滴蒸发速率对压力振荡的响应特性。

基于流体体积方法的燃油液滴蒸发过程数值模拟研究

建立了基于气液两相流流体体积(VOF)方法的燃油液滴蒸发的数学计算模型,研究了燃油液滴蒸发过程中的传热传质特性及强制对流流场对传热传质特性的影响。研究发现,燃油液滴在蒸发过程中,液滴内部并不是均匀加热,而是热点区域加热较快,其他区域缓慢加热。在初始时刻时,燃油液滴相界面处的蒸气与周围气体之间的浓度梯度较大,因此初期的蒸发速率较快,其谢伍德数Sh也较大。不同气液相温度差能促进液滴的蒸发过程,随着气液相温度差增大,液滴蒸发速率逐渐增大。随着雷诺数的增大,高温热点区域的分界线逐渐模糊,液滴内部加热逐渐趋于均匀。雷诺数越大,液滴的温度越高,但液滴温度差别较小。不同雷诺数能有效促进液滴的蒸发过程。

废水液滴蒸发的关键影响因素分析

为研究电厂脱硫废水蒸发的规律,对喷入锅炉尾部烟道内的雾化液滴进行数值模拟,分析了运行参数对雾化液滴蒸发时间的影响,并通过拟合得到了烟气温度与喷嘴最佳喷射质量流量的关系式。结果表明:当尾部烟气速度为10 m/s、雾化液滴初始速度为5 m/s时蒸发时间最短;确定了喷嘴最佳喷射质量流量,使得雾化液滴在进入电除尘器前完全蒸发,且烟气温度高于酸露点;喷嘴喷射质量流量与蒸发时间呈线性正相关,与进入电除尘器前的烟气温度呈线性负相关。

基于大涡模拟的液滴蒸发液相传热过程

建立了燃油液滴蒸发瞬态气液两相流大涡模拟流体体积(VOF)模型,综合考虑了气液两相流流场,气液相界面的温度梯度和浓度梯度等因素,研究了气液相温度梯度和雷诺数对液滴液相传热的影响.研究结果表明:随着温度梯度的增大,液滴温度显著提高,温度梯度越大,液滴温度增加幅度越大;雷诺数不仅能够影响液滴周围流场的分布,而且还引起液滴内部温度场分布的变化;随着雷诺数的增大,液滴内部加热区域逐渐均匀,雷诺数越大,液滴的温度越高.

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.

等离子体纳米织构化聚合物表面的液滴蒸发机制

超疏水性表面的微纳结构改变极大影响了液体蒸发行为,在超疏水性材料工程应用方面具有重要研究价值。采用氧等离子体处理(OPT)和八氟环丁烷等离子体聚合沉积(FPD)的两步等离子体纳米织构化法在聚丙烯表面制备纳米线和纳米锥结构,研究具有不同纳米织构聚丙烯超疏水性表面的去离子水滴在30℃和60℃温度下的蒸发行为,并对其蒸发机制进行讨论和分析。结果表明:液滴在超疏水性表面总蒸发时间随FPD时间的增加变短。液滴蒸发初期,液滴在聚丙烯表面处于Cassie态,此时主要传热方式为聚丙烯表面通过气体与液滴间接传热,液滴均匀蒸发,蒸发模式为恒定接触角(CCA)模式;随蒸发时间增加,液滴在表面的浸润状态依次转变为Marmur态和Wenzel态,主要传热方式变为聚丙烯表面与液滴直接传热,液滴蒸发加快,蒸发模式转变为混合(Mixed)模式。聚丙烯表面纳米织构的尺寸增大和团簇增加导致液滴与超疏水性表面之间的气相占比减少,造成聚丙烯表面与液滴直接传热加强,促进了液滴从CCA到Mixed的蒸发模式转变。