多组分液滴超临界蒸发过程数值模拟

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:yeshenshi1
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随着现代发动机向着高增压、大功率的方向发展,气缸内的温度、压力越来越高,导致液体燃料的雾化、蒸发过程在高温高压环境下进行。由于能源与环境问题的日益恶化,混合代用燃料正在逐步取代传统石油燃料。二甲醚与液化石油气的混合燃料作为既能满足发动机动力性要求,又能降低排放的整体性较好的新型燃料,正逐渐受到关注,而其蒸发过程与传统的石油燃料有着很大的不同,因此有必要对二甲醚与液化石油气混合液的蒸发过程进行深入的理论研究,获得其蒸发特性,从而保证燃烧过程高效稳定的进行。本文在单组份液滴高温高压蒸发理论与多组分液滴常温常压蒸发理论的基础上,建立了多组分液滴高温高压蒸发数学模型。对液滴表面气液两相的计算采用了高压相平衡理论,得到了不同环境压力、液滴温度下,液滴表面各组分的摩尔分数,并对环境介质的溶解性进行了分析,发现环境压力和环境温度越大,环境介质(N2)在液滴中的溶解越明显;对由相平衡理论计算所得的各组分的平衡常数与通过Raoult法则所得的平衡常数进行了对比分析,发现在高温高压条件下Raoult法则的误差较大,不再适用于计算多组分高温高压蒸发过程。考虑了混合流体在高温高压条件下的物性参数的异变性,分别采用了不同的计算方法和相应的混合规则对高温高压混合物的密度、定压比热、偏摩尔相变热等热物性参数以及扩散系数、黏度、导热系数等输运参数进行了计算,并对所得结果进行了理论分析。建立了多组分液滴的超临界蒸发模型,并利用Fortran语言编写了计算程序。探讨了环境温度、环境压力、液滴初始尺寸、液滴初始温度、液滴初始组成以及液滴的运动对液滴蒸发过程的影响,并将相同初始条件下液滴的单组份高压模型、多组分低压模型及多组分高压模型所得的结果进行了对比研究,结果表明,液滴初始直径越小,蒸发寿命越短;液滴温度越高,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蒸发寿命越短;环境温度越高,蒸发越快;环境压力越高,在亚临界条件下液滴蒸发寿命越短,而在超临界条件下蒸发寿命越长;液滴的运动速度越高,液滴蒸发越快。
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