多組分燃料單液滴蒸發(fā)過程的實驗及模擬研究.pdf

1、隨著能源問題以及汽車有害排放物問題的日益突出，人們對內(nèi)燃機工作過程提出了更為嚴(yán)苛的要求。為了從源頭上改善內(nèi)燃機的燃油經(jīng)濟性以及控制有害排放物的生成，內(nèi)燃機研究者不斷探索新的燃燒方式，對缸內(nèi)燃燒過程進(jìn)行了大量的研究。燃油液滴的蒸發(fā)過程以及燃油蒸氣在缸內(nèi)的空間分布是組織新型燃燒過程的關(guān)鍵。所以有必要對多組分燃油液滴蒸發(fā)特性進(jìn)行相應(yīng)的研究。
　　本文以開源程序庫OpenFOAM為開發(fā)平臺，采用VOF自由表面捕捉方法對液滴蒸發(fā)過程中的氣液

2、界面進(jìn)行跟蹤。對氣、液相組分方程中對流項和擴散項的離散過程進(jìn)行了修正，實現(xiàn)了VOF方法和氣、液相組分守恒方程的耦合。同時針對氣液界面蒸氣組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)不連續(xù)的問題，提出了基于界面法向方向的氣液界面組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度計算方法。在菲克擴散定律的基礎(chǔ)上，考慮界面斯蒂芬流對界面?zhèn)髻|(zhì)的影響，建立氣液界面?zhèn)髻|(zhì)計算模型。并通過與VOF兩相流方法耦合，得到基于VOF方法的燃油液滴蒸發(fā)數(shù)學(xué)模型。
　　應(yīng)用高速攝影對燃油液滴蒸發(fā)過程進(jìn)行了實驗研究，利用熱

3、電偶絲作為試驗中的懸掛裝置，實現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)和液滴內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)同步采集。實驗結(jié)果表明，環(huán)境溫度越高，蒸發(fā)越快，液滴存在時間越短。在雙組分液滴蒸發(fā)實驗研究中，丁醇組分含量越高，液滴升溫過程越慢，液滴兩階段蒸發(fā)過程越明顯。
　　本文首先利用正十二烷單組分液滴的實驗數(shù)據(jù)對液滴蒸發(fā)模型進(jìn)行了驗證。然后研究了熱電偶絲對液滴蒸發(fā)過程的影響。結(jié)果表明，熱電偶絲的導(dǎo)熱效應(yīng)能夠顯著增大液滴平衡溫度，加速液滴蒸發(fā)過程。當(dāng)液滴表面與熱電偶節(jié)點表面接觸后，