可变形液体燃料液滴的准稳态蒸发

本研究探讨了在对流流动条件下液滴变形对其蒸发速率的影响。通过变化韦伯数（$We$）从$1-12$、雷诺数（$Re$）从$25$到$120$以及处于高压环境，利用界面捕捉直接数值模拟（DNS）研究了单组分喷气燃料替代物正癸烷的自由变形液滴的蒸发行为。为验证求解器的准确性，将结果与Abramzon和Sirignano（Int. Journal of Heat and Mass Transfer, 1989）的关联式进行比较，发现二者吻合良好，最大差异为$5\%$。\textcolor{black}{采用准稳态蒸发方法模拟该问题。}结果表明，在低$Re$流动下，归一化总蒸发速率（${\dot{m}}_{ND}$）对韦伯数的依赖较弱。然而，在高$Re$下总蒸发速率与$We$呈现强相关性。在$Re=120$时，$We=12$（高度变形形状）相比$We=1$观察到${\dot{m}}_{ND}$增强$20\%$。在这些情况下，液滴上局部蒸发通量的分布被发现与其曲率成正比，直至流动分离点，这与Tonini和Cossalli（International Journal of Heat and Mass Transfer 2013）、Palmore（Journal of Heat Transfer 2022）关于液滴蒸发的低$Re$理论一致。超过流动分离点后，蒸发通量分布取决于液滴下游的边界层发展和流动演化。对于高度变形的液滴，更大的尾流区产生了有利的燃料蒸气梯度并促进尾流中的混合，从而带来更高的蒸发通量。