摘 要

本文用正十二烷代替柴油，采用连立组分守恒，液滴液—气界面能量平衡，火焰面处的能量平衡，液气相平衡这四个公式的方法进行仿真，引入传质数简化方程，运用Matlab进行计算。针对环境温度，液滴温度，液滴半径对柴油单液滴蒸发与燃烧的影响进行了计算和分析。

结果表明在蒸发方面，随着液滴温度的下降，燃料的分压下降，液滴表面燃料蒸气浓度下降，蒸发速度下降。随着液滴半径的上升，燃料的分压不变，液滴表面燃料蒸气浓度不变，传递数不变，蒸发常数不变，液滴寿命上升，蒸发速度上升。随着环境温度的上升，燃料的分压不变，液滴表面燃料蒸气浓度不变，传递数不变，蒸发常数上升，液滴寿命下降，蒸发速度上升。

在燃烧方面，随着液滴半径上升，液滴质量燃烧速度上升，火焰面温度不变，液滴寿命上升。随着液滴温度上升，液滴质量燃烧速度上升，火焰面温度上升，火焰半径上升，液滴表层温度不变，液滴表层燃料蒸气浓度上升，液滴存在时间缩短。随着环境温度上升，液滴质量燃烧速度上升，火焰面温度上升，火焰半径上升。后文还对各种仿真结果的原因进行了深入分析。

关键词：正十二烷 单液滴 蒸发 燃烧 仿真

Abstract

In this paper, dodecane was used instead of diesel oil, and the four formulas were used to simulate the energy balance of the liquid in the droplet, the energy balance of the liquid - gas interface, the energy balance at the flame surface and the calculation of the matlab. The effects of ambient temperature, droplet temperature and droplet radius on the evaporation and combustion of diesel single droplets were calculated and analyzed.

The results show that with the decrease of the droplet temperature and the partial pressure of the fuel drop, the fuel vapor concentration on the droplet surface decreases, the transfer number decreases, the evaporation constant decreases, the droplet life increases and the evaporation rate decreases. With the increase of the radius of the droplets, the partial pressure of the fuel is constant, the fuel vapor concentration on the droplet surface is constant, the number of passes is constant, the evaporation constant is constant, the droplet life is increased and the evaporation rate is increased. With the increase of ambient temperature, the partial pressure of the fuel is constant, the fuel vapor concentration on the surface of the droplet is constant, the number of passes is constant, the evaporation constant is increased, the life of the droplet is decreased and the evaporation rate is increased.

In the combustion, Rise, the droplet quality combustion rate increases, the flame surface temperature unchanged, the flame radius increases, the droplet surface temperature unchanged, droplet surface fuel vapor concentration unchanged, droplet life. As the droplet temperature rises, the droplet mass burns up, the flame surface temperature increases, the flame radius increases, the droplet surface temperature remains constant, the droplet surface fuel vapor concentration increases, and the droplet life decreases. As the ambient temperature rises, the droplet mass burns up, the flame surface temperature increases, the flame radius increases, the droplet surface temperature rises, the droplet surface fuel vapor concentration increases, and the droplet life decreases. The reasons for the various phenomena were then analyzed in depth.

Key words: n-dodecane，single droplet，evaporation，combustion，simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内研究现状 1

1.3国外研究现状 4

1.4 本文主要研究内容和方案 5

1.4.1文章研究内容 5

1.4.2研究方案 6

第2章 液滴蒸发和燃烧的仿真方法 7

2.1蒸发 7

2.1.1假设 7

2.1.2方法 7

2.2燃烧 8

2.2.1 假设 8

2.2.2公式 8

2.3 Matlab方程 10

2.4 本章小结 10

第3章 柴油单液滴蒸发与燃烧数值仿真结果 11

3.1柴油单液滴蒸发仿真结果 11

3.1.1以液滴温度为变量的仿真结果 11

3.1.2以液滴半径为变量的仿真结果 12

3.1.3以环境温度为变量的仿真结果 12

3.2柴油单液滴燃烧仿真结果 13

3.2.1以液滴半径为变量的仿真结果 14

3.2.2以环境温度为变量的仿真结果 14

3.2.3以液滴温度为变量的仿真结果 14

3.3本章小结 16

第4章 仿真结果与分析 17

4.1燃料半径对柴油单液滴蒸发影响的分析 17

4.1.1液滴半径对传递数影响的分析 17

4.1.2液滴半径对蒸发速率影响的分析 17

4.1.3液滴半径对液滴寿命影响的分析 18

4.2液滴半径对柴油单液滴燃烧影响的分析 18

4.2.1液滴半径对液滴质量燃烧率影响的分析 18

4.2.2液滴半径对火焰面燃烧温度影响的分析 19

4.2.3液滴半径对火焰燃烧半径影响的分析 19

4.2.4液滴半径对液滴表面燃料质量分数影响的分析 19

4.2.5液滴半径对液滴表面温度影响的分析 20

4.2.6液滴半径对液滴寿命影响的分析 20

4.3液滴温度对柴油单液滴蒸发影响的分析 20

4.3.1液滴温度对传递数影响的分析 20

4.3.2液滴温度对蒸发速率影响的分析 21

4.3.3液滴温度对液滴寿命影响的分析 21

4.4液滴温度对柴油单液滴燃烧影响的分析 22

4.4.1液滴温度对液滴质量燃烧率影响的分析 22

4.4.2液滴温度对火焰面温度影响的分析 23

4.4.3液滴温度对火焰半径影响的分析 23

4.4.4液滴温度对液滴表面温度影响的分析 24

4.4.5液滴温度对液滴表面燃料蒸气质量分数影响的分析 24

4.4.6液滴温度对液滴寿命影响的分析 25

4.5环境温度对柴油单液滴蒸发影响的分析 26

4.5.1环境温度对传质数影响的分析 26

4.5.2环境温度对蒸发速率影响的分析 26

4.5.3环境温度对液滴寿命影响的分析 26

4.6环境温度对柴油单液滴燃烧影响的分析 27

4.6.1环境温度对液滴质量燃烧率影响的分析 27

4.6.2环境温度对火焰面温度影响的分析 28

4.6.3环境温度对火焰半径影响的分析 28

4.6.4环境温度对液滴表面温度影响的分析 29

4.6.5环境温度对液滴表面燃料蒸气浓度影响的分析 29

4.6.6环境温度对液滴寿命影响的分析 30

第5章 研究结论和展望 31

5.1研究结论 31

5.1.1蒸发仿真结果 31

5.2.2燃烧仿真结果 31

5.2研究展望 31

参考文献 33

致谢 35

附件 36

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

目前，在中国国内，柴油机占了商车用动力市场的很大比例。对于目前的直喷式压燃柴油机而言,燃烧室内柴油的雾化、蒸发和燃烧过程对其动力性和经济性有很大影响。柴油液滴的蒸发、燃烧过程和柴油蒸气的空间分布很大程度上决定了柴油机的燃烧特性,从而进一步影响其总体性能。因此有必要开展针对柴油液滴蒸发与燃烧过程传热机理的研究。研究柴油单液滴蒸发与燃烧机理对于减少柴油机污染物排放、提高柴油机经济性、优化柴油机工作过程以及开发新型燃烧方式的柴油机，在基础理论上具有重要帮助和意义。柴油单液滴的蒸发和燃烧研究建立在对单液滴蒸发和燃烧现象的研究和柴油物性参数的分析计算之上。

单液滴燃烧是各类热能动力装置中的基础及核心过程，研究其物理过程变化和数学建模也是分析液体燃料喷雾燃烧的基础。液滴的蒸发与燃烧关系到热力学、化学反应动力学、空气流体力学、传热传质理论以及高等数学等基础理论，包含能量流动、燃料质量传递、化学反应等物理和化学变化。对单液滴燃烧原理及过程的研究和模拟，对于提高内燃机热效率、降低汽车有害排放、提高柴油等化石燃料的能量利用率等具有重要的理论指导意义，并对流体力学、燃烧学等理论研究也有一定的帮助。

1.2国内研究现状

目前国内的很多学者也做出了研究，胡鹏针对多组分燃料的物性计算、乙醇柴油单液滴蒸发模型和传质传热过程分析以及湍流扩散燃烧模型等基础理论开展研究,具体内容可见参考文献^[1]，他改进内燃机缸内流体动力学仿真软件(ICFD-CN)燃料物性参数库、雾化燃烧相关模块,构建多组分燃料蒸发燃烧仿真平台,模拟了乙醇柴油在气缸内的蒸发与燃烧。