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文檔簡介
1、哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文45第4章對流環(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)熱率無限大。事實上,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立即傳到液滴內(nèi)部,特別是當(dāng)液滴在強對流環(huán)境中蒸發(fā)時,畢渥數(shù)()相對增大,液滴表面溫度比其內(nèi)部升高更快,液滴內(nèi)部的非Bi等溫性將對液滴蒸發(fā)過程產(chǎn)生影響。近年來,國外一些學(xué)者先后開展了非等溫液滴蒸發(fā)模型的研究[91
2、030],但對非等溫液滴蒸發(fā)過程中的環(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)模型因為不考慮液滴內(nèi)部的溫度梯度,又稱為零維蒸發(fā)模型;常見的非等溫液滴蒸發(fā)模型因為考慮了液滴內(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)過程中客觀存在著瞬態(tài)加熱和平衡蒸發(fā)兩個階段[32],在瞬態(tài)加熱過程中,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,并對計算方法與程序的可靠性給予驗證。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,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)點法、均勻網(wǎng)格對液滴區(qū)域進(jìn)行離散。圖中結(jié)點所在的控制容積的兩個邊界分別為m、n,液滴中心到這兩個邊界的距離i分別為rm和rn,節(jié)點i1與i1為結(jié)點的兩個相鄰結(jié)點。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)點的控制容積內(nèi)對式(44)從到積分:imn(48)1111111212112()()()()()()kkkkkkkkkiiiilpliiinnmmnmiTTTTcTTrrrrrr?????????????????????????????整理式(48)得:1121212111222()()()()kkkklplikknnmmnniiinimincrrrrTTrrrrrr??????????????
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