CeO2纳米燃油单液滴蒸发数值模拟研究

基于单液滴蒸发可视化试验,应用ANSYS FLUENT计算流体力学模拟软件,建立纳米燃油单液滴蒸发模型,探究纳米粒子质量浓度和粒径对燃油液滴蒸发过程中温度和燃油蒸气质量浓度的影响. 结果表明,纳米燃油液滴中的纳米粒子质量浓度越高、粒径越小,燃油液滴的蒸发平衡温度越高,相同时间内的燃油蒸气气相体积分数越高. 在环境温度573 K下,纳米燃油液滴从外界环境吸收热量使自身温度不断升高,在计算域内沿液滴表面向外延伸形成质量浓度边界层和温度边界层,促进液相向气相的转化.在蒸发初始阶段,蒸发速率较低,燃油蒸气气相体积分数较小;随着蒸发过程持续进行,由于纳米粒子增强传热传质的作用,液相组分蒸发汽化加快,液滴蒸发速率加快.     

亚/跨临界状态下不同组分燃油液滴蒸发特性分析

亚/跨临界状态对不同燃油液滴的蒸发规律有很大影响,通过搭建高温定容液滴蒸发测量装置,测量了处于不同临界状态的C12 H26、C14 H30、柴油和生物柴油液滴的液滴寿命、液滴直径、液滴蒸发速率等参数,分析了4种不同组分液滴的蒸发过程、蒸发特性.结果表明:与亚临界状态(温度为573 K)相比,4种液滴处于跨临界状态(温度...     

纳米流体液滴瞬态蒸发速率影响因素实验研究

为了提升喷雾冷却等液滴蒸发应用过程的瞬态蒸发速率,该文探究纳米颗粒的加入对液滴瞬态蒸发特性的影响规律。通过可视化实验研究了水基CuO、Al_2O_3纳米流体液滴在加热铜基板上的瞬态蒸发速率,测量了液滴蒸发过程中接触角、接触半径等形态参数随时间变化关系,并分析了纳米颗粒质量分数、基板加热温度对纳米流体液滴瞬态蒸发速率的影响规律。实验结果表明:纳米颗粒的加入有利于提升液滴蒸发速率,当基板温度为45℃时,与纯水液滴瞬态蒸发速率单调递减规律不同,2%质量分数的纳米流体液滴的瞬态蒸发速率随时间呈现先降低后升高的变化规律;在较高基板温度(60℃、75℃)时,纳米颗粒对液滴瞬态蒸发速率提升作用并不是随着颗粒浓度的增加而一直增加。实验发现1%质量分数纳米流体液滴蒸发速率要高于0.1%与2%质量分数液滴。     

单液氮液滴在气流中的蒸发运动特性研究

为了研究低温风洞中液氮喷雾降温蒸发特性,从而从微观上把握整个喷雾过程,以经典蒸发模型为基础,建立了适用于高速气流下的单液滴蒸发模型,计算了高速气流下单个液氮液滴的蒸发过程,得到其蒸发过程中液滴直径、速度、蒸发速率等参数的变化规律,并比较了环境温度、环境压力、气流速度等不同因素对各参数的影响。结果表明:环境温度对液滴蒸发速率影响较大,在100~300K环境温度下,每升高100K,2m的距离内液滴相对蒸发量大约增加18%,而对液滴运动速度则基本没有影响;气流速度越大,对流换热越强,液滴等时间蒸发速率越大,但由于蒸发距离一定,高速气流情况下的实际蒸发量减少,在上述条件下,10~30m/s的速度范围内,相对蒸发量在5%~6%;大粒径液滴具有大的绝对蒸发量,而小粒径液滴的相对蒸发量则较大;随着环境压力的增大,蒸发速率会随之增加。     

CNT/AL2O3协效棕榈酸甲酯的蒸发特性研究

纳米粒子的加入可提升生物柴油的整体性能。采用挂滴式液滴法，在673、773、873 K环境温度下，用碳纳米管和纳米氧化铝，混合纳米粒子添加浓度为50、100、250、500 mg/L时对棕榈酸甲酯(MP)蒸发特性的影响。结果发现：在673 K的温度下只有100 mg/L浓度配比的纳米添加剂促进混合液滴加速蒸发，在773 K的温度下所有浓度配比的纳米添加剂都提高了液滴蒸发速率，但250 mg/L的纳米添加剂使得液滴最快蒸发结束；在873 K的环境温度下4种不同配比的纳米添加剂都促进了液滴蒸发，但在对比蒸发时间时发现，100 mg/L的浓度配比是蒸发最快的。可见，不同温度下促进蒸发的纳米粒子的临界浓度阈值呈动态变化。     

乙醇/水两组分液滴在超疏水表面上的蒸发动力学研究

在不同湿度下研究了不同浓度乙醇/水混合物的液滴在超疏水表面上的蒸发过程,通过实验分析了液滴的接触半径、接触角和蒸发速率随时间的演化规律并与现有理论模型进行对比,探索乙醇浓度和环境湿度对超疏水表面上两组分液滴蒸发动力学行为的影响。研究结果表明:乙醇浓度影响液滴在超疏水表面上的蒸发模式和蒸发速率,低乙醇浓度(≤20wt%)时液滴蒸发速率较慢并趋向于常接触角(CCA)模式,高乙醇浓度(40wt%～60wt%)时液滴蒸发速率更快并趋向于常接触半径(CCR)模式;环境湿度主要影响液滴的蒸发速率但对蒸发模式的作用小,湿度越高蒸发速率越慢。     

正十二烷单液滴在含乙醇氛围中的蒸发特性

考虑液滴与环境气流物性瞬态变化的单液滴非平衡蒸发,建立了模型,研究正十二烷液滴在含乙醇氛围中的对流蒸发过程,获得环境参数(环境温度、压力、对流强度、环境气体中乙醇蒸气和水蒸气质量分数)对液滴蒸发特性的影响规律.计算结果表明:环境因素中影响液滴蒸发的主要因素是环境温度、环境压力和对流强度,乙醇蒸气和水蒸气质量分数对液滴蒸发特性几乎没有影响;环境温度和对流强度的增加,有利于液滴蒸发;对初始温度较低的燃料液滴,环境压力对蒸发的影响与环境温度、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;增加液滴周围气体中乙醇蒸气质量分数和降低水蒸气质量分数,会加速液滴蒸发,液滴寿命略微缩短.     

甲醇/正辛醇/加氢催化生物柴油单液滴蒸发与微爆特性研究

为了研究理化特性强烈互补的甲醇/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃料的单液滴蒸发微爆特性,本文针对纯加氢催化生物柴油M0以及两种不同甲醇体积比的三元混合燃油M15(15%甲醇、17%辛醇和68%HCB)和M25(25%甲醇、17%辛醇和58%HCB)在不同环境温度下进行了详细的试验研究。首先,通过微观几何形态和热重试验对混合燃油的理化属性进行了分析。然后,在一个恒温加热炉中采用挂滴法结合高速显微成像技术,获得了液滴在蒸发过程中的形态、平方直径和气泡比等蒸发特性。研究得出:随着甲醇含量增加,混合燃油中分散相液滴粒径增大、数目增多,蒸发速率加快;随着甲醇比例的增加,混合燃油液滴内部出现更加剧烈的醇相气泡膨胀并发生微爆现象,且微爆后喷射出的子液滴粒径大大提高,显著缩短了母液滴的寿命;随着环境温度的增加,微爆频率增加,更显著地加快了液滴的蒸发速率。本文结果将对甲醇/HCB混合燃料喷雾燃烧特性以及该混合燃料的发动机适用性研究提供理论参考。     

高温燃气中单个液滴的蒸发特性

为分析单个液滴在高温燃气中的运动和蒸发过程,考虑了气-液两相耦合,建立了描述整个过程的数理模型,并通过计算获得了液滴直径、速度和平均温度的变化规律以及燃气温度和速度的影响.计算结果显示,较高的燃气温度和速度都能加速蒸发过程.另外发现当燃气温度沿液滴运动方向降低时,存在一个临界液滴直径,小于该值时,燃气速度越高液滴蒸发时间越短,超过该值时,燃气速度越高液滴蒸发时间越长.在文中的计算条件下测得该临界值约为100ìm.所得结果可为雾化液滴群在高温气流中的蒸发特性研究提供依据.     

GDI汽油机喷雾模型的改进和数值模拟

缸内直喷式 (GDI)汽油机可以大幅度提高汽油机的燃油经济性 ,而合理的混合气浓度分布是 GDI稳定工作的关键。该文在 KIVA- 3V原代码程序的基础上建立了 GDI的汽油喷雾和混合气形成的数值模型 ,并对不同喷射条件下的汽油伞喷方案进行了数值模拟。模拟结果说明 :混合气浓度对燃油蒸发模型物性参数计算有较大的影响 ,混合气浓度梯度修正的蒸发模型能更好地模拟汽油的蒸发过程 ;通过引入 Rosin- Ramm ler燃油粒子质量分布和改进的液滴运动阻力模型使模拟计算结果与高压旋流汽油喷雾的试验结果更加吻合。     

柴油、甲醇和水三组元乳化液滴微爆过程的研究

分别采用激光全息摄影技术和高速数字摄影技术观察了柴油、甲醇和水乳化液喷雾在高温高压（773K，3．1MPa）环境中发生微爆现象的瞬间和全过程，证实了微爆现象的存在．由于微爆机理的复杂性，尚难以用数学方法准确描述该过程．实验分析表明：若环境温度处于“最佳温度”范围内，乳化液滴表面首先形成“无水层”，液滴内部形成一个水滴的概率很小，可能形成几个相对较大的水滴，只要其中一个较大水滴的蒸汽压力大于液滴的表面张力和环境压力之和，液滴就有可能发生微爆，微爆不仅与液滴直径、组分的质量分数和组分间的沸点差等乳化液的本身特性有关，而且环境温度和压力的影响也不容忽视．该研究可以为乳化液喷雾微爆过程的数学模拟提供参考．     

柴油喷雾粒径空间分布特征理论与实验研究

为研究小型柴油燃烧器压力雾化喷嘴在喷雾外流场空间内的柴油喷雾粒径分布特征,采用激光粒度仪测量沿喷嘴出口轴向方向各截面处的液滴粒径分布。分别测试了不同配风量,不同喷油压力,不同喷雾锥角和油量条件下在 5 ~ 50 cm截面处的粒径分布,对其液滴平均索特尔直径进行分析,用分散指数表征液滴分布的均匀性。研究表明,喷雾粒径在空间的整体分布是在喷雾出口处区域最小,在浓雾区粒径最大但分布均匀。随风量和油压的减小,平均粒径增大,喷雾锥角对粒径影响不大,而油量对全局的空间分布影响较大。液滴在风量大的浓雾区分布均匀,但油压超过 1.2 MPa,初始破碎区的均匀度反而下降。初始破碎区的液滴粒径受液滴间相互作用影响,结合实验结果,引入液滴群整体作用系数B对理论推导的临界破碎粒径公式进行修正,平均误差5%。     

喷射沉积Si-Al合金的数值模拟结果与分析

采用热辐射修正，模拟了喷射沉积Si-Al合金的凝固过程，研究了熔滴的速度、热交换作用系数、温度、熔滴冷却速度及固相分数与沉积距离的关系，讨论了辐射相修正前后熔滴的温度和固相分数的变化以及雾化压力和沉积距离对固相分数的影响．     

火焰预热塞汽化腔内柴油流动汽化特性研究

基于预热塞汽化腔内的燃油流动汽化特性及火焰稳定性对重型柴油机的冷起动特性的影响,设计加工了石英预热塞对柴油流动汽化过程进行可视化研究,同时采用流体体积（VOF）模型和流固耦合模型对不同流量的柴油在汽化腔内的流动和汽化过程进行数值模拟.结果表明：柴油泵入火焰预热塞后呈扇形扩散并在边缘开始发生汽化,进而出现大量气泡;柴油流量增大加速油液扩散,更早地接触到加热棒的发热区域并发生汽化,但也会带走更多热量并缩短与高温壁面作用的时间,导致汽化能力减弱,使稳态下汽化腔内和出口位置的柴油蒸汽体积分数减小;较大流量的柴油也会使加热棒温度上升放缓甚至出现下降的趋势,不利于后续泵入柴油的汽化.因此需要合理控制火焰预热塞内的柴油流量以保证汽化特性,进而保证良好的火焰特性及进气预热效果.     

低压闪蒸液滴温度与相变过程的研究

在低压环境P=200—800Pa的工况范围内,研究了在闪蒸结冰过程中,液滴温度的变化与环境压力之间的关系.试验结果表明:在低压闪蒸结冰过程中,随着气压的降低,因为过热,液滴内部产生气泡的强度增加.液滴的破碎和液滴内部气泡的生长速度与环境压力有直接关系;在闪蒸过程中,液滴处于热力学非平衡状态,表现在液滴外侧发生的温度跳跃很小,而在液滴内部发生的温度跳跃很大;由于液滴蒸发的影响以及闪蒸过程中蒸发波的产生,即使在真空状态下,液滴周围仍存在一定的压力.     

用神经网络预测蒸气压和汽化热

用前向神经网络,对纯物质的蒸气压和汽化热与温度的函数关系进行预测,通过适当变量变换,在相同网络单元数情况下,大大提高预测精度,对387种物质的预测结果表明,熔点到临界点的温度范围内,蒸气压的平均预测误差为0．084％,汽化热的平均预测误差为018％。     

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.     

PID控制器在常压填料塔温控系统中的应用

用 PID控制器对小型常压填料塔进行温度控制，使塔顶的温度保持在 130℃，一线液相出油口温度在 230℃以上。这样就保证塔内各种组分油蒸汽进行分离，使一线液相出油口产出的柴油的闪点得到保证。该装置设计应用结果 :用 PID控制器后与原来进行的手动操作相比，柴油的闪点达到了国家标准。     

Effect of charge on growth of droplets with ionic condensation nuclei

A growth kinetics model of droplets with ionic condensation nuclei based on the chemical potential and the kinetic equation of mass transfer is established. The model is simplified and the effect of charge on droplet growth is examined. The theoretical results show that the critical radius for droplet growth with an ionic condensation nucleus is less than that of those without an ionic nucleus. Furthermore, our results also indicate that if the initial droplet with an ionic nucleus has a radius shorter than the critical radius, the droplet will not vanish, but will reach a steady-state radius. As the ionic charge increases, the critical radius for droplet growth will decrease and the corresponding steady-state droplet radius will increase. In addition we show that once a critical charge is reached, all droplets will grow regardless of initial radius.     

燃油荷电喷雾燃烧的冷态试验研究

喷雾燃烧是燃油的基本燃烧方式 ,改善雾化是提高燃烧效率、降低排放的关键 将静电技术应用于燃油喷雾燃烧 ,目的是研制一种全新的燃油燃烧技术———荷电喷雾燃烧 本文是对这一燃烧方式进行冷态荷电喷雾的试验研究 ,在试验研究过程中研制了燃油荷电装置、荷质比测定装置、燃油雾滴的捕集液 ,准确地进行了荷质比、雾滴粒径的测量 并首次将PIV技术应用于荷电喷雾的试验研究 ,结果表明 :在相同条件下 ,燃油荷电后将使雾滴粒径降为非荷电时的 5 0 %左右