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在液体燃料的燃烧过程中,燃料液滴的蒸发是关键的一环。大量的试验研究表明,液体燃料的燃烧通常是扩散燃烧,燃烧速度快,蒸发速度慢,燃料液滴的蒸发速率对燃烧过程及相关设备的性能都有重要影响,因此,对液滴蒸发特性的研究具有十分重要的意义。液滴燃烧是集传热、传质与气体流动于一体的耦合现象,影响因素多,特性规律复杂。数十年来,一些学者对液滴的蒸发模型与蒸发特性进行了研究,但由于问题的复杂性,仍有许多问题尚需进一步研究。
本文在前人研究基础上,以烷烃类单液滴为研究对象,通过数值模拟,对蒸发燃烧模型与特性规律进行了研究。主要包括:
(1)平衡燃烧模型,在考虑气液相物性参数随热环境与压力变化的条件下,编制了液滴在不同热环境和压力环境平衡燃烧的数值模拟程序。在验证计算方法与程序可靠性基础上,通过模拟计算,分析了环境压力与热环境对液滴燃烧的影响,得出了几种不同液滴平衡燃烧时随环境压力和温度的变化规律。
(2)在考虑了气液相物性参数随热环境与压力变化条件下,建立了一维等温液滴的瞬态蒸发燃烧模型,编制了数值计算程序。在可靠性分析验证的基础上,通过模拟计算,分析了等温液滴燃烧时的环境压力、温度效应。
(3)在等温液滴燃烧研究基础上,建立了一维等温液滴的瞬态蒸发燃烧模型,并与等温液滴燃烧进行了比较,分析了等温液滴燃烧时的环境压力、温度效应。通过研究,对于不同条件下的单液滴燃烧,获得了环境压力、环境温度、初始温度对液滴蒸发燃烧的定量影响,分析了瞬态加热阶段液滴内导热与膨胀特性,得出了一些具有参考价值的结论,为进一步研究液滴燃烧特性奠定了基础。