甲醇-生物柴油體系單液滴的蒸發(fā)特性

李瑞娜， 王　忠， 趙　洋， 劉　帥， 瞿　磊， 王向麗

(1.江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212013； 2.南通大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 江蘇 南通 226019)

甲醇-生物柴油體系單液滴的蒸發(fā)特性

李瑞娜1， 王忠1， 趙洋1， 劉帥1， 瞿磊1， 王向麗2

(1.江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212013； 2.南通大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 江蘇 南通 226019)

摘要：基于傳熱傳質(zhì)理論，建立了二組分體系單液滴在對(duì)流熱空氣環(huán)境中的蒸發(fā)模型。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了模型的正確性。以甲醇-生物柴油混合燃料為研究對(duì)象，分析了環(huán)境溫度、環(huán)境壓力、甲醇摻混比例、氣流強(qiáng)度對(duì)液滴蒸發(fā)特性的影響。結(jié)果表明，甲醇-生物柴油體系液滴的蒸發(fā)過(guò)程可以分為甲醇先蒸發(fā)和生物柴油后蒸發(fā)兩個(gè)階段。當(dāng)環(huán)境溫度從400 K上升到600 K時(shí)，液滴的蒸發(fā)時(shí)間縮短95.1%；當(dāng)甲醇的摻混比例從10%增加到50%時(shí)，液滴的蒸發(fā)時(shí)間縮短17.7%；當(dāng)空氣速度從1 m/s增加到5 m/s時(shí)，液滴的蒸發(fā)時(shí)間縮短29.5%；隨環(huán)境壓力的升高，液滴蒸發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)。在液滴蒸發(fā)過(guò)程中，液滴表面溫度迅速上升到環(huán)境溫度，且隨著環(huán)境溫度的升高明顯上升，但受環(huán)境壓力、甲醇比例、氣流強(qiáng)度的影響不大。

關(guān)鍵詞：甲醇； 生物柴油； 二元組分； 單液滴； 蒸發(fā)

可以通過(guò)高速攝像機(jī)拍攝柴油機(jī)缸內(nèi)的噴霧過(guò)程[1]來(lái)研究二元組分燃料蒸發(fā)過(guò)程，也可以采用定容燃燒彈[2-3]對(duì)環(huán)境等影響因素進(jìn)行分析。然而，試驗(yàn)的方法一般較為復(fù)雜，且高速攝影的方法通常只能得到噴霧的發(fā)展形態(tài)、噴霧錐角、索特平均直徑等參數(shù)，不能很好的揭示二元組分燃料在蒸發(fā)過(guò)程中各組分之間的相互作用關(guān)系。通過(guò)建立理論模型，對(duì)燃料單液滴蒸發(fā)過(guò)程進(jìn)行研究能夠彌補(bǔ)這一不足。Maqua等[4]在燃料中添加了少量的有機(jī)熒光燃料，采用三色激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)測(cè)量了923 K時(shí)乙醇和丙酮二元體系液滴在蒸發(fā)過(guò)程中的溫度變化，建立了二元體系液滴的蒸發(fā)模型，當(dāng)液滴直徑較大(230 μm)時(shí)，模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的吻合度較高。Saha等[5]建立了柴油-生物柴油混合燃料的單液滴蒸發(fā)模型，研究了液滴在高溫對(duì)流環(huán)境中的蒸發(fā)特性，結(jié)果表明，由于生物柴油的蒸氣壓比柴油低，生物柴油液滴的蒸發(fā)速率比柴油慢；隨著混合燃料中生物柴油添加比例的增加，混合燃料液滴的蒸發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)。孫平等[6]研究了正庚烷單液滴在CO2-水蒸氣環(huán)境中的蒸發(fā)特性，結(jié)果表明，隨著環(huán)境溫度、環(huán)境壓力的增加，正庚烷液滴的著火延遲時(shí)間和液滴壽命均縮短，環(huán)境溫度對(duì)液滴蒸發(fā)的影響更大。孫鳳賢等[7]通過(guò)建立正庚烷單液滴在氮?dú)庵械恼舭l(fā)模型，研究了對(duì)流環(huán)境中壓力對(duì)液滴蒸發(fā)特性的影響，結(jié)果表明，在高溫強(qiáng)對(duì)流環(huán)境中，增大環(huán)境壓力可以促進(jìn)液滴蒸發(fā)，在低溫弱對(duì)流環(huán)境中，增大環(huán)境壓力反而延緩液滴蒸發(fā)。二元組分體系液滴的蒸發(fā)過(guò)程與單組分液滴的蒸發(fā)過(guò)程不同，且液滴蒸發(fā)過(guò)程的分析有利于對(duì)燃料著火、燃燒過(guò)程的理解，有必要開展相關(guān)研究。

基于傳熱傳質(zhì)理論，建立了甲醇-生物柴油混合燃料的單液滴蒸發(fā)模型。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了模型的正確性，并分析了環(huán)境溫度、環(huán)境壓力、甲醇摻混比例、氣流強(qiáng)度等因素對(duì)液滴蒸發(fā)特性的影響。

1二元組分體系單液滴蒸發(fā)模型的建立及驗(yàn)證

所建立的模型適用于模擬對(duì)流加熱空氣環(huán)境中二組分混合燃料的蒸發(fā)過(guò)程。模型做如下假設(shè)，可以使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。(1)液滴在無(wú)窮大的介質(zhì)中蒸發(fā)；(2)液滴及其氣相場(chǎng)為一維球?qū)ΨQ，蒸發(fā)過(guò)程是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的；(3)只考慮Stefan流，即液滴的氣體溶解度為零，忽略Soret、Dufour效應(yīng)等二次效應(yīng)和壓力擴(kuò)散對(duì)液滴蒸發(fā)的影響；(4)空氣的運(yùn)動(dòng)速度為軸向速度，忽略由于空氣運(yùn)動(dòng)造成的液滴形狀改變，不考慮重力的作用；(5)液滴內(nèi)部各處溫度均勻一致，且與表面溫度相同；(6)液滴內(nèi)組分在任一時(shí)刻均勻分布，且隨時(shí)間變化；(7)液滴密度、黏度、導(dǎo)熱系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、蒸氣壓等物性在液滴內(nèi)部均勻，且隨時(shí)間變化；(8)二元擴(kuò)散的路易斯數(shù)Le為1；(9)液滴表面氣相和液相平衡。

1.1模型建立

(1)質(zhì)量守恒

由準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的假設(shè)，液滴總的質(zhì)量蒸發(fā)速率可以通過(guò)式(1)計(jì)算[8]。

(1)

(2)

式(2)中，Re為雷諾數(shù)，Sc為施密特?cái)?shù)，它們分別可由式(3)、(4)計(jì)算得到；f(Re)存在式(5)的關(guān)系。式(4)中，ηm為液滴黏度，Pa·s。

(3)

(4)

f(Re)=1,Re≤1

f(Re)=Re0.077,1≤Re≤400

(5)

由于液滴表面流的影響，液滴表面的傳熱傳質(zhì)也會(huì)受到影響，因此，引入修正的舍伍德數(shù)Sh*[10]，如式(6)所示。式(6)中的F(BM)存在式(7)的關(guān)系，而傳質(zhì)數(shù)BM取決于液滴中不同組分的蒸發(fā)速率，如式(8)所示。

(6)

(7)

(8)

式(8)中，ys,i，y∞,i分別為第i種組分在液滴表面、無(wú)窮遠(yuǎn)處的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中，y∞,i=0。

液滴半徑rs隨時(shí)間的變化關(guān)系可以表示為式(9)[11]。式(9)中，t為蒸發(fā)時(shí)間，s。

(9)

(2)組分守恒

(10)

(11)

(3)氣-液界面平衡

通過(guò)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分析獲得液滴周圍氣相解[10]。首先，根據(jù)氣-液界面平衡、氣體為理想氣體的假設(shè)，可以計(jì)算出氣-液界面上某一氣體組分的分壓，氣體組分的分壓又可以與該組分的摩爾分?jǐn)?shù)相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而可以計(jì)算出界面上該組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

假設(shè)組分i在界面上處于氣-液平衡，則在界面氣側(cè)上組分i的分壓(Pi)必然等于相應(yīng)液體溫度下的飽和分壓(Psat,i(T))，如式(12)所示。由此，從式(13)可以計(jì)算出氣-液界面組分i的摩爾分?jǐn)?shù)(xs,i)[8]。

Pi=Psat,i(T)

(12)

(13)

式(13)中，xi為液滴中組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，P為總氣壓，MPa。

由液滴表面某一組分的摩爾分?jǐn)?shù)(xs,i)，從式(14)可以計(jì)算出液滴表面某一組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(ys,i)。

(14)

式(14)中，Mi為液滴中第i種組分的相對(duì)分子質(zhì)量；Mair為空氣的相對(duì)分子質(zhì)量。

(4)液滴半徑、表面溫度計(jì)算

由質(zhì)量守恒、液滴界面能量守恒方程，可以分別由式(15)、(16)計(jì)算出液滴的半徑(rs)和表面溫度(Ts)。

(15)

(16)

式(16)中，T∞、Ts分別為無(wú)窮遠(yuǎn)處、液滴表面的溫度，K；ΔHv,i為液滴中第i種組分的蒸發(fā)焓，J/kg；λm為混合燃料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)；Cm為混合燃料的定壓比熱容，J/(kg·K)。當(dāng)Le為1時(shí)，Nu≈Sh。

此外，液滴表面物性參數(shù)隨溫度的變化參考薄膜溫度計(jì)算，液滴表面薄膜層的平均溫度Tfilm的定義由式(17)表示[12]。

(17)

(5)燃料物性參數(shù)的估算

燃料的物性參數(shù)隨溫度的變化而變化，因此，需要計(jì)算甲醇、生物柴油以及混合燃料的物性參數(shù)。采用Sternling-Brown[13]法計(jì)算液體比熱容，采用Orrick-Erbar[14]法和Letsou-stiel[15]法計(jì)算黏度，采用Sastri[16]法計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)，采用Fuller[17-18]法計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)，采用Yamada-Gunn[19]的改進(jìn)式估算密度，采用Pitzer[20]法計(jì)算飽和蒸氣壓和蒸發(fā)焓，采用Kay[21]法計(jì)算甲醇/生物柴油混合燃料的物性參數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明，甲醇、生物柴油的比熱容、擴(kuò)散系數(shù)、飽和蒸氣壓隨溫度的升高而增大，黏度、導(dǎo)熱系數(shù)、密度、蒸發(fā)焓隨溫度的升高而減?。浑S著甲醇摻混比例的增加，混合燃料的比熱容減小，黏度減小，導(dǎo)熱系數(shù)減小，擴(kuò)散系數(shù)增大，密度減小，飽和蒸氣壓減小，蒸發(fā)焓減小。

1.2模型驗(yàn)證

Daif等[22]在熱風(fēng)洞中，將液滴懸浮在固定位置，在大氣壓力下用空氣吹過(guò)液滴，實(shí)驗(yàn)研究了正庚烷和癸烷液滴在強(qiáng)對(duì)流環(huán)境中的蒸發(fā)特性。通過(guò)對(duì)比Daif試驗(yàn)值中的液滴半徑、表面溫度數(shù)據(jù)，驗(yàn)證所建立的雙組分燃料單液滴的蒸發(fā)模型。實(shí)驗(yàn)在正庚烷/癸烷質(zhì)量比為3、環(huán)境溫度T∞=348 K、環(huán)境壓力P∞=0.1 MPa、空氣速度U∞=3.1 m/s、液滴初始溫度Td,0=294 K、液滴初始半徑r0=0.743 mm 的條件下進(jìn)行。

圖1為正庚烷-癸烷體系液滴蒸發(fā)時(shí)，液滴半徑、表面溫度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)。從圖1可以看出，實(shí)驗(yàn)值與模擬值吻合，所建立的模型可以用于分析不同比例的雙組分燃料的蒸發(fā)特性。

圖1　正庚烷-癸烷體系液滴蒸發(fā)時(shí)液滴半徑(rs)、

2甲醇-生物柴油體系單液滴蒸發(fā)特性影響因素分析

液滴的蒸發(fā)特性對(duì)油、氣混合的好壞有重要影響。在柴油機(jī)缸內(nèi)，影響液滴蒸發(fā)的主要因素有缸內(nèi)溫度、缸內(nèi)壓力、液滴中燃料的摻混比例、空氣運(yùn)動(dòng)等。對(duì)這些影響液滴蒸發(fā)的因素進(jìn)行研究，有助于理解液滴蒸發(fā)的規(guī)律，進(jìn)而可以從柴油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、燃料設(shè)計(jì)等方面改善燃料的蒸發(fā)特性，提高柴油機(jī)的燃燒效率。

2.1環(huán)境溫度的影響

在環(huán)境壓力P∞=1 MPa、空氣速度U∞=3.0 m/s、甲醇/生物柴油質(zhì)量比k=10%、液滴初始溫度Td,0=300 K、液滴初始半徑r0=10 μm的條件下，模擬了環(huán)境溫度T∞分別為400、500、600 K時(shí)的液滴蒸發(fā)特性，考察環(huán)境溫度對(duì)甲醇-生物柴油混合燃料液滴蒸發(fā)特性的影響，結(jié)果示于圖2。

從圖2(a)可以看出，環(huán)境溫度越高，液滴蒸發(fā)越快。當(dāng)環(huán)境溫度從400 K上升到500、600 K時(shí)，液滴的蒸發(fā)時(shí)間從30.9 ms縮短到6.2、1.5 ms，分別縮短了79.9%、95.1%。當(dāng)環(huán)境溫度為400 K時(shí)，液滴半徑隨時(shí)間的變化可以分為2個(gè)下降階段，第1階段在1 ms以前，液滴半徑快速減??；1 ms以后為液滴蒸發(fā)的第2階段。結(jié)合圖2(b)、(c)，可以對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行分析。(1)在液滴蒸發(fā)的第1階段，生物柴油和甲醇均有蒸發(fā)；(2)由于液滴表面溫度處于上升期，生物柴油的沸點(diǎn)高，蒸發(fā)較慢，而甲醇的沸點(diǎn)低，蒸發(fā)較快；(3)甲醇幾乎在第1階段蒸發(fā)結(jié)束；(4)隨著環(huán)境溫度的升高，第1階段的時(shí)間縮短；(5)在第2階段，甲醇剩余的蒸發(fā)量可以忽略，可以認(rèn)為是生物柴油的蒸發(fā)過(guò)程。液滴由甲醇、生物柴油兩種組分組成，甲醇的沸點(diǎn)為352 K，生物柴油的沸點(diǎn)在473～508 K范圍。甲醇和生物柴油通過(guò)吸收周圍環(huán)境的熱量蒸發(fā)，甲醇的比熱容比生物柴油小，甲醇由初始溫度升高到蒸發(fā)溫度的△T也比生物柴油小。因此，根據(jù)熱量計(jì)算式Q=Cm△T，在吸收相同熱量時(shí)，甲醇的蒸發(fā)量多于生物柴油，這就使得甲醇比生物柴油蒸發(fā)快，導(dǎo)致第1階段主要是甲醇的蒸發(fā)過(guò)程，而生物柴油的蒸發(fā)集中在第2階段。從這一結(jié)果可以看出，對(duì)于多組分燃料，由于不同燃料的蒸發(fā)特性不同，在液滴蒸發(fā)過(guò)程中，液滴內(nèi)組分的比例隨時(shí)間發(fā)生變化。

圖2　不同環(huán)境溫度(T∞)下甲醇-生物柴油體系

圖2(b)表明，隨著蒸發(fā)時(shí)間的增加，液滴表面溫度迅速升高，并接近環(huán)境溫度；環(huán)境溫度越高，液滴表面溫度升高越快，表面溫度越高，也越有利于液滴的蒸發(fā)。圖2(c)表明，隨著環(huán)境溫度升高，甲醇和生物柴油蒸發(fā)得都更快，且生物柴油在第1蒸發(fā)階段的蒸發(fā)量更多。

2.2環(huán)境壓力的影響

在T∞=500 K、U∞=3.0 m/s、k=10%、Td,0=300 K、r0=10 μm的條件下，改變環(huán)境壓力P∞，考察了環(huán)境壓力對(duì)液滴蒸發(fā)特性的影響，結(jié)果如圖3所示。

從圖3(a)可以看出，隨著環(huán)境壓力的增加，液滴蒸發(fā)時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)環(huán)境壓力分別為1、2、3 MPa 時(shí)，液滴的蒸發(fā)時(shí)間分別為6.2、14.4、24.6 ms，說(shuō)明提高環(huán)境壓力不利于液滴的蒸發(fā)。由擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算[17-18]可知，擴(kuò)散系數(shù)與環(huán)境壓力成反比；環(huán)境壓力越高，擴(kuò)散系數(shù)越小，越不利于液滴的蒸發(fā)。從圖3(b)可以看出，隨著環(huán)境壓力的升高，液滴表面的最高溫度略微有所升高，但變化不大。從圖3(c)可以看出，隨著環(huán)境壓力的升高，液滴表面的生物柴油、甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)都有所降低，說(shuō)明燃料蒸發(fā)速率降低，使得液滴蒸發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)。

2.3摻混比例的影響

燃料摻混比例的變化會(huì)對(duì)蒸發(fā)過(guò)程產(chǎn)生影響。在T∞=500 K、P∞=1 MPa、U∞=3.0 m/s、Td,0=300 K、r0=10 μm的條件下，改變甲醇/生物柴油摻混質(zhì)量比k，考察甲醇-生物柴油體系液滴的蒸發(fā)特性，模擬結(jié)果如圖4所示。

從圖4(a)可以看出，不同k的甲醇-生物柴油體系的液滴半徑隨蒸發(fā)時(shí)間的變化趨勢(shì)相似。隨著k的增加，液滴的蒸發(fā)時(shí)間縮短，液滴的第1蒸發(fā)階段也逐漸明顯。當(dāng)k從10%增加到50%時(shí)，液滴的蒸發(fā)時(shí)間從6.2 ms縮短到5.1 ms，縮短了17.7%。從圖4(b)可以看出，隨著k的增加，液滴表面溫度達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間延長(zhǎng)。從圖4(c)可以看出，無(wú)論k如何變化，甲醇的蒸發(fā)主要集中在前2 ms內(nèi)；隨著k的增加，液滴表面甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降的速率加快，液滴表面生物柴油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升的速率加快。在2 ms以后，不同k的液滴中的甲醇幾乎蒸發(fā)結(jié)束，液滴表面生物柴油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持在1個(gè)常數(shù)。

圖3　不同環(huán)境壓力(P∞)下甲醇-生物柴油體系

2.4氣流強(qiáng)度的影響

通過(guò)改變空氣運(yùn)動(dòng)速度，可以模擬氣流強(qiáng)度對(duì)液滴蒸發(fā)特性的影響。在T∞=500 K、P∞=1 MPa、k=10%、Td,0=300 K、r0=10 μm的條件下，考察空氣運(yùn)動(dòng)速度U∞對(duì)甲醇-生物柴油體系液滴的蒸發(fā)特性的影響，模擬結(jié)果如圖5所示。

圖4　不同k的甲醇-生物柴油體系液滴半徑(rs)、

雷諾數(shù)是流體流動(dòng)時(shí)的慣性力和黏性力之比，是表征流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)。當(dāng)雷諾數(shù)Re<2300時(shí)，流體運(yùn)動(dòng)為層流狀態(tài)。從圖5(a)可見(jiàn)，由于U∞較低，雷諾數(shù)均小于2300；但隨著U∞的增加，雷諾數(shù)呈上升趨勢(shì)，空氣流場(chǎng)內(nèi)的擾動(dòng)增加，有利于液滴的蒸發(fā)。

圖5　不同空氣速度(U∞)下甲醇-生物柴油體系雷諾數(shù)、

從圖5(b)可以看出，隨著U∞的增加，液滴蒸發(fā)時(shí)間縮短。當(dāng)U∞從1 m/s增加到3、5m/s時(shí)，液滴的蒸發(fā)時(shí)間從7.8 ms縮短到6.2、5.5 ms，縮短了20.5%、29.5%，說(shuō)明增強(qiáng)燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)，可以加速燃油液滴的蒸發(fā)。圖5(c)表明，隨著U∞的增加，液滴表面達(dá)到最高溫度的時(shí)間略有縮短。圖5(d)表明，隨著U∞的增加，液滴表面的生物柴油質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升和甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降的速率均加快，說(shuō)明空氣運(yùn)動(dòng)加速了液滴的蒸發(fā)過(guò)程，使液滴總體蒸發(fā)時(shí)間縮短。

3結(jié)論

(1)建立了對(duì)流熱空氣氛圍中二組分混合燃料單液滴的蒸發(fā)模型，通過(guò)對(duì)比Daif等的二元組分單液滴蒸發(fā)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了模型的正確性。

(2)考察了環(huán)境溫度、環(huán)境壓力、甲醇摻混比例、氣流強(qiáng)度等因素對(duì)甲醇-生物柴油體系液滴蒸發(fā)規(guī)律的影響，結(jié)果表明，甲醇-生物柴油體系液滴的蒸發(fā)過(guò)程可以分為第2個(gè)階段，第1階段主要是甲醇蒸發(fā)，第2階段主要是生物柴油蒸發(fā)。在液滴蒸發(fā)過(guò)程中，液滴表面溫度迅速上升到環(huán)境溫度，且液滴蒸發(fā)時(shí)間隨著環(huán)境溫度、甲醇摻混比例、氣流強(qiáng)度的升高而縮短，隨著環(huán)境壓力的升高而延長(zhǎng)。當(dāng)環(huán)境溫度從400 K上升到600 K時(shí)，液滴的蒸發(fā)時(shí)間從30.9 ms縮短到1.5 ms，縮短了95.1%；當(dāng)甲醇的摻混比例從10%增加到50%時(shí)，液滴的蒸發(fā)時(shí)間從6.2 ms縮短到5.1 ms，縮短了17.7%；當(dāng)空氣速度從1 m/s增加到5 m/s時(shí)，液滴的蒸發(fā)時(shí)間從7.8 ms縮短到5.5 ms，縮短了29.5%。隨著環(huán)境溫度的升高，液滴表面溫度明顯上升，但環(huán)境壓力、甲醇摻混比例、氣流強(qiáng)度對(duì)液滴表面溫度的影響不大。

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Evaporation Characteristics of Single Droplet in Methanol-Biodiesel System

LI Ruina1， WANG Zhong1， ZHAO Yang1， LIU Shuai1， QU Lei1， WANG Xiangli2

(1.SchoolofAutomobileandTrafficEngineering,JiangsuUniversity，Zhenjiang212013,China;2.SchoolofElectricalEngineering,NantongUniversity,Nantong226019,China)

Abstract：Based on the heat and mass transfer theory, an evaporation model for single droplet of bi-component in the convection heat air environment was established. By comparison of the experimental and calculated results, the correctness of the model was verified. Taking methanol-biodiesel mixture as the research object, the effects of the ambient temperature, ambient pressure, methanol blending ratio and flow intensity on the droplet evaporation characteristics were analyzed. The results showed that the droplet evaporation process of methanol-biodiesel system could be divided into two stages, methanol evaporation first and then biodiesel evaporation. The evaporation time of the droplet was shortened by 95.1%, 17.7%, 29.5%, respectively, when the ambient temperature increased from 400 K to 600 K, the methanol mixing ratio increased from 10% to 50%, the air velocity increased from 1 to 5 m/s. But the evaporation time was extended with the increase of the ambient pressure. In the evaporation process of the droplet, the droplet surface temperature increased to the ambient temperature rapidly, and was obviously increased with the increase of the ambient temperature, however, was slightly influenced by the ambient pressure, methanol blending ratio and flow intensity.

Key words：methanol; biodiesel; bi-component; single droplet; evaporation

收稿日期：2015-03-23

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(50776042、51506101)、江蘇省2014年度普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(KYLX_1035)、江蘇省2013年高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(CXZZ13_0672)和江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目(PAPD)資助

文章編號(hào)：1001-8719(2016)03-0629-08

中圖分類號(hào)：TK406

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1001-8719.2016.03.026

第一作者： 李瑞娜，女，博士研究生，從事內(nèi)燃機(jī)代用燃料方面的研究

通訊聯(lián)系人： 王忠，男，教授，博士，從事內(nèi)燃機(jī)代用燃料和內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程數(shù)值計(jì)算方面的研究；Tel：0511-85813356；E-mail：wangzhong@ujs.edu.cn