高压环境下燃料液滴蒸发与燃烧特性

介绍了燃料液滴实验技术现状、高压环境下液滴蒸发与燃烧试验设备现状以及高压环境下液滴蒸发与燃烧特性。单滴燃料的研究是掌握喷雾燃烧机理和计算模型的基础,而高压环境以及超临界环境中燃料液滴蒸发与燃烧特性更是燃烧学领域长期以来备受关注的重要研究内容。液体燃料以亚临界初始温度喷射雾化进入燃烧室,雾化形成的燃料液滴在高于其临界压力和临界温度的环境下经历蒸发、与空气混合、着火和燃烧过程,在此持续期内,液滴从亚临界温度迅速加热升温并有可能发生由亚临界状态至超临界状态的迁移,由于超临界状态下流体的密度、粘度、表面张力、蒸发潜热、传热系数以及溶解度等所有流体的物性会发生急剧变化,使得高压超临界环境下燃料液滴的蒸发与燃烧现象相对于低压环境会发生明显的变化。

亚/超临界环境下碳氢燃料液滴的蒸发与燃烧特性

采用挂滴法对正常重力下处于亚/超临界压力环境中的不同碳氢燃料液滴蒸发与燃烧现象做了详细的试验研究.采用嵌入液滴内部的热电偶和高速相机分别记录液滴温度变化和液滴发展图像.结果表明:在亚临界压力环境下,液滴燃烧过程具有平衡蒸发阶段,符合准定常假设,但在超临界压力环境下,液滴燃烧过程不再出现平衡蒸发阶段,准定常假设已不成立;液滴燃烧持续时间在亚临界状态下随着压力的增加而迅速减小,此时相平衡控制液滴燃烧速率的大小,但在超临界状态下,液滴与环境气体之间的界面变得模糊不清,燃烧持续时间随着环境压力的增加不再继续减小,而是趋于一稳定值,此时液滴已不存在相变过程,扩散系数开始影响燃烧速率;燃烧持续时间变化趋势在临界压力处的转变反映出临界压力点是判断液滴是否进入超临界燃烧的重要依据,液滴燃烧过程中液滴完全蒸发所占的时间比重在亚临界压力环境下变化不大,而在超临界压力环境下迅速减小,相对更早地完成液滴蒸发.