二甲基醚液滴超临界蒸发的数值研究

摘要

由于二甲基醚（DME）理化性质的特殊性与缸内条件的日益强化，深入研究超临界条件下DME 液滴蒸发过程，对于这一新兴的代用燃料在内燃机中的应用具有较大的现实意义和较高的理论价值。 结合DME 缸内蒸发条件，分析了常见的中低压蒸发数值研究的局限性。综述了众多高压－超临界燃料蒸发研究，在此基础上归纳了超临界蒸发特征和超临界蒸发数值模拟研究的关键问题。 探讨了高压气液相平衡理论与计算方法；在实验数据的基础上回归了二元相互作用系数；使用Fortran 语言编制了计算程序，完成了DME 高压气液相平衡的状态方程法计算；从计算结果分析了超临界条件下环境气体在液滴中的溶解，以及伴随而来的临界混合温度的迁移；比较了不同状态方程对气液相平衡的计算结果；探讨了Raoult法则与严格相平衡计算的区别与联系，并进行了理论分析。 引入了超临界流体的特征及其理论，对于超临界条件下，流体的热物性参数、输运参数的选择和计算做了比较详细的探讨：计算了高压－超临界条件下气液相密度、气液相定压比热和溶液的偏摩尔相变热等热物性参数，以及气相混合物的二元扩散系数、导热系数和粘度等输运参数，并将计算结果与实验数据和相关理论分析结合进行了讨论。在归纳文献的基础上得出Nusselt 数和Sherwood 数的计算方法。 在此基础上建立了DME 在氮气介质中超临界蒸发的数学模型。使用Fortran 语言编制了计算程序，并完成了DME 超临界蒸发过程的数值模拟。从数值模拟的结论详细讨论了超临界条件下环境压力、环境温度和液滴运动等因素对液滴升温、滴径变化以及生存时间的影响。