第四章對(duì)流環(huán)境中的非等溫液滴蒸發(fā)模型與數(shù)值求解

1、哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文45第4章對(duì)流環(huán)境中的非等溫液滴蒸發(fā)模型與數(shù)值求解目前常見(jiàn)的液滴蒸發(fā)研究多集中于等溫液滴蒸發(fā)[183637]，即假設(shè)液滴內(nèi)部導(dǎo)熱率無(wú)限大。事實(shí)上，燃料液滴的導(dǎo)熱率只比氣體稍大，液滴從氣液界面吸收的熱量不會(huì)立即傳到液滴內(nèi)部，特別是當(dāng)液滴在強(qiáng)對(duì)流環(huán)境中蒸發(fā)時(shí)，畢渥數(shù)（）相對(duì)增大，液滴表面溫度比其內(nèi)部升高更快，液滴內(nèi)部的非Bi等溫性將對(duì)液滴蒸發(fā)過(guò)程產(chǎn)生影響。近年來(lái)，國(guó)外一些學(xué)者先后開(kāi)展了非等溫液滴蒸發(fā)模型的研究[91

2、030]，但對(duì)非等溫液滴蒸發(fā)過(guò)程中的環(huán)境壓力效應(yīng)與膨脹效應(yīng)缺乏較深入的研究。等溫液滴蒸發(fā)模型因?yàn)椴豢紤]液滴內(nèi)部的溫度梯度，又稱為零維蒸發(fā)模型；常見(jiàn)的非等溫液滴蒸發(fā)模型因?yàn)榭紤]了液滴內(nèi)部沿徑向的一維導(dǎo)熱，又稱為一維蒸發(fā)模型。液滴蒸發(fā)過(guò)程中客觀存在著瞬態(tài)加熱和平衡蒸發(fā)兩個(gè)階段[32]，在瞬態(tài)加熱過(guò)程中，液滴從環(huán)境獲得的熱量主要用于液滴加熱，液滴升溫快，蒸發(fā)慢，因此，在液滴蒸發(fā)初期必然存在著由于受熱而產(chǎn)生的膨脹現(xiàn)象，而目前許多關(guān)于非等溫液滴蒸

3、發(fā)的研究忽略了液滴蒸發(fā)過(guò)程中的膨脹現(xiàn)象[91830]。本章將在前文等溫液滴蒸發(fā)研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用沿液滴內(nèi)部徑向瞬態(tài)導(dǎo)熱的非等溫液滴蒸發(fā)模型，分析非等溫液滴蒸發(fā)數(shù)值求解方法與網(wǎng)格處理，并對(duì)計(jì)算方法與程序的可靠性給予驗(yàn)證。4.1物理模型與控制方程單組分、球?qū)ΨQ液滴的蒸發(fā)滿足如下假設(shè)：(1)液滴內(nèi)部沿徑向存在溫度梯度；(2)氣體在液體中的擴(kuò)散速率與液滴蒸發(fā)速率相比很小，可認(rèn)為氣體在氣液界面上的徑向通量為零；(3)氣相準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，滿足Claus

4、iusClapeyron方程；(4)不考慮輻射。液滴表面質(zhì)量守恒方程：(41)34()3sldrGd?????考慮液滴內(nèi)部溫度梯度時(shí)，液滴表面能量守衡方程：哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文47(2)液滴的區(qū)域離散如圖4.1所示，采用內(nèi)結(jié)點(diǎn)法、均勻網(wǎng)格對(duì)液滴區(qū)域進(jìn)行離散。圖中結(jié)點(diǎn)所在的控制容積的兩個(gè)邊界分別為m、n，液滴中心到這兩個(gè)邊界的距離i分別為rm和rn，節(jié)點(diǎn)i1與i1為結(jié)點(diǎn)的兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)。i(3)液滴內(nèi)部導(dǎo)熱方程的離散采用控制容積法和隱

5、式格式離散液滴內(nèi)部非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程。在結(jié)點(diǎn)的控制容積內(nèi)對(duì)式(44)從到積分：imn(48)1111111212112()()()()()()kkkkkkkkkiiiilpliiinnmmnmiTTTTcTTrrrrrr?????????????????????????????整理式(48)得：1121212111222()()()()kkkklplikknnmmnniiinimincrrrrTTrrrrrr??????????????