我国石油、天然气资源十分匮乏,约70%的石油依靠进口。能源短缺与HC、PM、CO和NO_x等有害物排放导致的环境污染是目前急需解决的两大难题。生物柴油是一种绿色可再生能源,将其与柴油混合制备的混合燃油与柴油理化特性相似,但是能量密度偏低成为制约其发展的主要因素。在混合燃油内掺混纳米添加物能够提高燃油能量密度且减少部分污染物的排放,但是纳米添加物对混合燃油液滴蒸发特性的影响规律以及蒸发机理尚不明晰。针对这些问题,本文开展了以下研究:首先,改进了单液滴蒸发试验台,设计并应用了液滴保护装置,确保燃油液滴在1273 K的环境温度下到达观察窗时周围温度不超过413K。将20%麻疯树生物柴油与80%柴油混合制备了基础燃油,并用超声波震荡加高速搅拌将纳米添加物(氧化铈纳米粒子与多壁碳纳米管)与基础燃油混合均匀。同时分析了试验过程存在的不确定度,包括微量注射器汲取液滴量、试验液滴提前蒸发以及数据处理过程中产生的误差等,结果表明试验的液滴直径联合不确定度仅为0.053mm,对试验影响很小。其次,在单液滴蒸发实验台上分别研究了温度环境为673K与873K时,混合燃油和掺混四种不同浓度纳米添加物的纳米混合燃油液滴蒸发特性。当环境温度为673K时,纳米添加物浓度区间在0-200ppm可以促进混合燃油液滴蒸发,而浓度区间在500-1000ppm则抑制混合燃油蒸发;当环境温度为873K时,纳米添加物浓度区间在0-200ppm,浓度越高对蒸发的促进效果越明显,而纳米添加物浓度区间在500-1000ppm,浓度越高对蒸发的促进效果越微弱。可见,纳米粒子的掺混浓度对混合燃油的蒸发促进作用存在临界范围。基于此,本文总结了在低温环境下不会抑制燃油液滴蒸发的最大纳米添加物浓度的临界浓度区间,并阐述了纳米添加物影响对混合燃油液滴蒸发影响的“双效应”机理。在此基础上,以VOF界面捕捉法为基础,建立含有纳米添加物导热源项的燃油液滴蒸发数值模型,在一维液滴蒸发模型的基础上,建立相平衡方程、动量方程以及能量方程。考虑界面斯蒂芬流对气液界面传质的影响,推导单位体积蒸发率以及纳米添加物导热源项,模拟纳米添加物对燃油液滴蒸发的导热效应。最后,在开源CFD软件Open Foam中仿真研究了掺混纳米添加物的燃油液滴蒸发过程。首先验证网格无关性和模型准确性,更进一步,研究了纳米添加物对燃油液滴蒸发特性的影响规律。结果表明纳米添加物能够有效地促进液滴内部传热,提高近场流速,并加快了气液交界面处燃油相变速率。纳米添加物对燃油液滴蒸发的促进作用主要体现在液滴蒸发初始阶段,随着纳米添加物浓度增加,液滴内部温度显著提升。