凝膠單液滴蒸發(fā)模型的數值研究.pdf

1、 凝膠單液滴蒸發(fā)模型的數值研究 凝膠單液滴蒸發(fā)模型的數值研究 One-Dimension Evaporation Model of Gel Fuel Droplet 學科專業(yè)：動力工程 研 究 生：張 龍 指導教師：劉 欣 研究員 天津大學機械工程學院 二零一三年十二月 摘要 摘要 隨著科技的進步和發(fā)展， 人們對飛行器的燃料提出了越來越高的要求， 而凝膠推進劑恰好能夠滿足燃燒的高效性和使用的安全性。 凝膠推進劑是在傳統(tǒng)液體推進劑中加入膠

2、凝劑， 使其凝膠化的新型燃料， 即保持了固體推進劑的高能量密度，又有液體推進劑的流動可控性，因此具有二者的雙重優(yōu)點。燃料的燃燒是一個特別復雜的過程， 然而加入的膠凝劑對凝膠的燃燒和蒸發(fā)有什么影響， 還沒有得到一個一致性的結論，嚴重影響了凝膠的大量使用和推廣。因此，凝膠單液滴蒸發(fā)模型的建立，能夠為人們研究凝膠的燃燒提供理論基礎。 本文依據凝膠燃料在蒸發(fā)過程中的特殊現象，通過 Matlab 編程建立了有機凝膠單液滴的一維蒸發(fā)模型。 該模型將

3、有機凝膠液滴的蒸發(fā)過程分為凝膠膜的形成、 液滴的膨脹和液滴破裂三個階段， 通過模擬仿真計算了在對流條件下有膠凝膠液滴的蒸發(fā)特性，并分析了膠凝劑濃度、環(huán)境壓力、環(huán)境溫度、對流速度和液滴初始溫度對液滴蒸發(fā)過程的影響。 研究結果表明， 在有機凝膠液滴的凝膠膜形成前，液滴的蒸發(fā)過程和普通燃料液滴蒸發(fā)過程相似，都遵守 D2 定律。在隨后的蒸發(fā)過程中，液滴內會出現氣泡，使凝膠膜出現膨脹和破裂，造成了液滴的半徑、表面蒸發(fā)流率和表面蒸汽濃度的震蕩現象。

4、其中，半徑和表面蒸發(fā)率是在震蕩中逐漸減小的， 表面蒸汽濃度和液滴表面溫度是一個先增加后減小的過程。 膠凝劑濃度的的增加會使有機凝膠單液滴蒸發(fā)時， 凝膠膜形成的時間變短， 震蕩蒸發(fā)時間是提前， 造成液滴的整個生存壽命減少； 環(huán)境溫度的增加會提高凝膠膜形成階段蒸發(fā)速率和表面蒸汽濃度， 從而提高該階段的表面溫度， 造成凝膠膜形成時間變短，并大大縮減液滴的蒸發(fā)壽命；環(huán)境壓力越高，在凝膠膜膨脹階段，燃料的平衡蒸發(fā)溫度越高，表面膠凝劑濃度上升緩慢，

5、造成凝膠膜形成時間變長，而且高壓導致液滴在后續(xù)的蒸發(fā)中需要更多的蒸汽進行膨脹， 從而使液滴的震蕩頻率有所下降；隨著對流速度的增加，膠凝劑膜形成的時間大大縮短，液滴的壽命會大幅降低，而且會加大表面蒸發(fā)率，但對表面蒸汽濃度的影響不大；提高凝膠燃料單液滴初始溫度， 可使液滴加速進入平衡蒸發(fā)階段， 并且有助于減少凝膠液滴的生存壽命； 在所有影響的參數中， 只有膠凝劑濃度對液滴蒸發(fā)第一階段結束時液滴的半徑有較大影響。 關鍵詞： 關鍵詞：凝膠燃料；