內(nèi)燃機燃燒基礎(chǔ)課件(液體燃料霧化和蒸發(fā))

內(nèi)燃機燃燒學(xué)基礎(chǔ)

氣有浩然，學(xué)無止境

求真務(wù)實，開放拓新2023年2月5日主講人:李國祥教授博導(dǎo)白書戰(zhàn)副教授博士

第七章

液體燃料的霧化和蒸發(fā)燃料的霧化和蒸發(fā)對燃燒過程有著重要影響液體燃料要汽化，需要破碎成更小的液滴，增加比表面積。柴油機的噴油、霧化、蒸發(fā)等過程只占一個循環(huán)中幾十度曲軸轉(zhuǎn)角，在如此短的時間內(nèi)，必須有足夠的燃料蒸發(fā)完畢并與空氣進行混合，為燃燒做好物理準備液體燃料的霧化有多種方式：壓力霧化、啟動霧化、撞擊霧化柴油機實際應(yīng)用的各種噴嘴，都屬于壓力霧化：利用高壓使液體燃料從噴嘴的小孔中高速噴出，由于液體自身的紊動和液體與周圍介質(zhì)的相互作用，液體燃料碎裂成大量的小霧滴。噴霧的研究內(nèi)容：從噴嘴噴出的燃料是怎樣霧化的，霧化質(zhì)量如何評價和受哪些因素影響燃料碎裂成液滴以后什么樣的規(guī)律運動，它們和周圍介質(zhì)怎樣相互作用液滴的蒸發(fā)過程如何7.1液體燃料的霧化特性物理描述對于噴霧外形的宏觀特點，可用貫穿度和擴張角來描述，有時還用“分散度”來描述在噴霧空間中燃料分布的情況液滴本身的霧化質(zhì)量，則通常是用粒度和均勻度來表征，代表著噴霧的特性柴油機的噴霧特性，一方面取決于噴嘴的性能，是噴嘴性能的直接體現(xiàn)，另一方面又與燃料性質(zhì)、氣缸內(nèi)的空氣運動等互相配合，決定著燃料的蒸發(fā)、混合以及燃燒過程，最后對發(fā)動機性能產(chǎn)生重大影響。霧化的粒度和均勻度對噴霧的貫穿度也有影響，霧滴大時，貫穿度也大。平均粒徑從噴嘴噴出的液霧中含有大量尺寸不同的霧滴，為了在總體上表征霧滴的大小，常需把這些尺寸不同的霧滴折合成某一平均值。算術(shù)平均直徑索特平均直徑：其他常用的平均直徑霧滴的尺寸分布噴霧中含有大量不同尺寸的霧滴，若把霧滴直徑分成若干尺寸段，求出各尺寸段中霧滴個數(shù)等參數(shù)與尺寸的函數(shù)關(guān)系，即得出霧滴的尺寸分布，又稱粒度分布。按不同的方式整理實驗數(shù)據(jù)，可以得到不同形式的分布曲線頻數(shù)分布曲線設(shè)直徑在D至D+dD范圍內(nèi)的液滴數(shù)為dN，則在此直徑范圍內(nèi)的頻數(shù)為

頻數(shù)分布也成液滴數(shù)量的微分分布頻率分布曲線將頻數(shù)除以總液滴數(shù)N，即得頻率：頻率分布即某尺寸范圍內(nèi)液滴個數(shù)在全部液滴中所占分數(shù)的微分分布類似的，還可求出液滴體積（或質(zhì)量）分數(shù)的微分分布，稱為體積增量分布累積頻率分布曲線直徑小于某一特定尺寸的液滴出現(xiàn)頻率稱為累積頻率，實驗中常用累積體積分數(shù)

它代表直徑小于某一特定尺寸D1的液滴所占體積分數(shù)，如圖所示，Vc為液滴的總體積直徑大于某一特定尺寸的液滴所占體積分數(shù)，稱為剩余體積分數(shù)，液體燃料是不可壓縮流體，體積分數(shù)實際上與質(zhì)量分數(shù)是相同的。在Vc-D圖上，R=50%對應(yīng)的直徑以D50代表，相應(yīng)的D10和D90也代表Vc=10%和Vc=90%。D50就是指中間直徑MMD在頻率分布和剩余體積分布兩者之中，通?？筛鶕?jù)所選用測試方法的特點，視其方便與否，首先求出一種，另一種便可換算出來，同時還可算出體積增量分布。根據(jù)這些分布可直接定出許多表征霧化粒度的參數(shù)，如中間直徑MMD，算術(shù)平均直徑D10，索特平均直徑SMD等，對應(yīng)的頻率分布曲線峰值的液滴直徑也可求出。同時還可得出表征霧滴均勻性的一些參數(shù)。因此霧滴尺寸分布的測定，可看作是霧化特性試驗研究的中心內(nèi)容。粒度分布的實驗方法：凝固法攝影法散射法和衍射法浸液法印痕法直接測量液滴尺寸為基礎(chǔ)測量與液滴有關(guān)的其他物理量，換算出液滴直徑分布函數(shù)分布函數(shù)：是一種可以用來擬合前述液滴直徑分布實驗曲線的解析式。通常包含兩個主要的待定常數(shù)，須有實驗求得，其中一個可用來表示滴徑的大小，另一個表示霧滴的均勻性。代表滴徑大小的常數(shù)與常用的算術(shù)平均直徑、索特平均直徑并不相同，習(xí)慣上很少應(yīng)用，但在某些分布函數(shù)中，他和索特平均直徑等有一定的簡單換算關(guān)系。若分布函數(shù)已確定，即可把索特平均直徑求出。羅森-拉米勒分布（R-R分布）剩余體積分數(shù)索特平均直徑可表示為

上限分布函數(shù)（ULDF）這種分布擬合較準確，但是復(fù)雜計算平均液滴直徑的經(jīng)驗公式棚澤泰公式噴嘴直徑、噴射速度、燃料表面張力、燃料的粘度、燃料的密度、環(huán)境介質(zhì)密度神本修正公式

C為修正常數(shù)，dn=0.2mm時，C=0.721dn=0.3mm時，C=0.455利舍夫斯基公式注意單位要統(tǒng)一萊特公式廣安博之公式索特平均直徑隨著噴油速度的變化噴油速度越大，粒徑越小但噴油速度對粒徑的影響規(guī)律相當復(fù)雜不同噴油速度下的噴霧7.2液滴的蒸發(fā)2023/2/526一些應(yīng)用柴油機、火箭、燃氣輪機、燃油鍋爐、工業(yè)窯爐、加熱器。噴霧燃燒---而不是---單個液滴燃燒在研究復(fù)發(fā)火焰之前，了解單個液滴的燃燒是必要的。2023/2/5272023/2/528柴油機柴油發(fā)動機有兩種基本類型：間接噴射型和直接噴射型。間接噴射的內(nèi)燃機，燃料首先注入預(yù)燃室，燃料液滴開始蒸發(fā)并和空氣混合。一部分燃料空氣混合物自燃形成非預(yù)混燃燒。隨著熱量的釋放，預(yù)燃室壓力升高，將里面各組分通過氣管或孔壓到主燃室。在主燃室里這些部分反應(yīng)后的燃料空氣混合物及一些剩余的燃料液滴，與新加的空氣混合，進行完全燃燒。直接噴射的內(nèi)燃機，燃料是由一個多孔燃料噴射器來導(dǎo)入的。2023/2/529燃料空氣的混合是在燃燒區(qū)里由噴射進程和空氣流動同時控制的。從前面可以看出，內(nèi)燃機燃燒既有預(yù)混模式又有擴散模式。柴油機所用燃料比火花點燃所用燃料揮發(fā)性差，但更容易點燃。燃料蒸發(fā)及其與空氣混合的速率對形成自燃的化學(xué)反應(yīng)速率有很大影響。因此，最先注入燃燒室的燃料，在它成為點燃源（已經(jīng)自燃的氣體）前會先預(yù)混并生成預(yù)混火焰；而后注入的燃料就會在擴散模式下燃燒，因為當燃料噴射時已經(jīng)有點燃源（已經(jīng)生成的火焰）存在。很明顯，液滴的蒸發(fā)和燃燒在直接和間接噴射的發(fā)動機里都很重要。

2023/2/530燃氣輪機使用液體燃料的燃氣輪機是航空器中最主要的動力設(shè)備。右圖就是一個航天渦輪發(fā)動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。盡管燃燒器在發(fā)動機系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，它占用的空間小得令人驚訝。在環(huán)形的燃燒器中，燃料噴入并被霧化。由于旋轉(zhuǎn)空氣形成了一個回流區(qū)，火焰特別穩(wěn)定。

2023/2/531industrialgasturbinesmicrogasturbines2023/2/532航空燃氣輪機燃燒器的設(shè)計要考慮以下幾個因素：燃燒效率，燃燒穩(wěn)定性，高處再燃能力，排放等。值得一提的是，航空發(fā)動機采用非預(yù)混燃燒系統(tǒng)，由接近化學(xué)當量的一次風火焰區(qū)，接合二次風以徹底燃燒并在產(chǎn)物進入渦輪前稀釋到合適溫度。

2023/2/533一些設(shè)計和實驗系統(tǒng)采用不同程度的預(yù)混來避免高溫NOx形成區(qū)。預(yù)混燃燒要先將燃料氣化并混合部分空氣，然后混合物進入高溫燃燒區(qū)，點燃并燃燒。上圖描述了一個航空用燃氣輪機燃燒器的一次風區(qū)、二次風區(qū)以及稀釋區(qū)。

2023/2/534在這里研究的所有燃燒設(shè)備中，現(xiàn)代火箭發(fā)動機中的燃燒過程是最劇烈的，也就是說，單位體積的燃燒空間釋放了最多的能量。有兩種類型的液體火箭：壓力供料，這類火箭的燃料和氧化劑在高壓氣體作用下被推入燃燒室；泵供料，由渦輪泵提供推動力。這兩種方案如上圖液體火箭發(fā)動機2023/2/535起源于中國2023/2/536液體火箭發(fā)動機2023/2/5372023/2/538不像前面討論過的其他燃燒設(shè)備，火箭發(fā)動機的氧化劑是液體，燃燒之前要求燃料和氧化劑都汽化。一種通常的噴射器方案是由兩種液體噴射撞擊合成一個液體膜。這個片很不穩(wěn)定，容易發(fā)散成線或帶狀，然后分裂成液滴。另外，需要用很多噴射器來分配燃燒室直徑方向的推動物及氧化劑。預(yù)混和擴散燃燒在火箭發(fā)動機燃燒中都很重要。由于檢測燃燒器的內(nèi)部非常困難，對燃燒過程的細節(jié)知道得也相對要少。使用激光探測器及其它技術(shù)研究火箭燃燒室中的進程的工作仍在繼續(xù)。液滴噴入靜止或流動的高溫空氣中，會出現(xiàn)兩個過程：由于空氣阻力，液滴與空氣間相對運動的速度減小介質(zhì)的熱量傳遞給液滴，使其蒸發(fā)兩者同時進行，相互影響相對速度將影響傳質(zhì)過程，而液滴蒸發(fā)產(chǎn)生的物質(zhì)流又會影響邊界層的狀態(tài)，因此對液滴受到的氣體阻力也有影響。將一個液滴放入高溫氣體中，液滴內(nèi)部和環(huán)境中的溫度、燃料組分將出現(xiàn)如圖所示的分布蒸發(fā)單位質(zhì)量液體的熱平衡：在蒸發(fā)開始階段，傳向液滴內(nèi)部的熱流較大，液滴一邊蒸發(fā)，一邊升溫，但隨著溫度的升高，蒸發(fā)速度也增大，物質(zhì)流帶走的熱量增多，用來使液滴升溫的熱量愈來愈少，而液滴的溫度將趨近于一個穩(wěn)定值。這一溫度稱為“平衡溫度”，因此此時的蒸發(fā)過程可看作是定常的。Wakil得出的液滴相對速度、溫度和蒸發(fā)量隨時間變化的曲線。液滴的初始直徑為50um，溫度為283K，速度為30m/s可以將蒸發(fā)分為兩個階段，開始是不穩(wěn)定階段，隨后是穩(wěn)定階段。2023/2/542假設(shè)下面的這些關(guān)于熱氣體中液滴蒸發(fā)的假設(shè)經(jīng)常會用到，因為它們能極大的簡化問題，主要原因是排除了處理質(zhì)量傳遞的必要，而且仍與實驗結(jié)果符合得很好。1、液滴在靜止、無窮大的介質(zhì)中蒸發(fā)。2、蒸發(fā)過程是準穩(wěn)態(tài)的。這意味著蒸發(fā)過程在任一時刻都可以認為是穩(wěn)態(tài)的。這一假設(shè)去掉了處理偏微分方程的必要。3、燃料是單成份液體，且其氣體溶解度為零。2023/2/5434、液滴內(nèi)各處溫度均勻一致，而且假定該溫度是燃料的沸點，Td=Tboil

。在許多問題里，液體短暫加熱過程不會對液滴壽命有很大影響。而且許多嚴密的計算證明，液體表面溫度只比液體在燃燒條件下的沸點略低。這一假設(shè)去掉了求解液相（液滴）能量方程的必要，而且更重要的是，去掉了求解氣相中燃料蒸氣（組分）傳遞方程。這一假設(shè)的隱含條件是Td>Tboil

。在我們隨后的分析中，當我們?nèi)サ粢旱翁幱诜悬c這一假設(shè)后，你會發(fā)現(xiàn)分析起來會有多復(fù)雜。5、我們假設(shè)二元擴散的Lewis數(shù)具有一致性（=D

）。這使得我們可以使用以前介紹過的簡單的Shvab-Zeldovich能量方程。2023/2/5446、我們還假設(shè)所有的熱物理屬性，如熱傳導(dǎo)系數(shù)、密度、比熱等都是常數(shù)。雖然從液滴到周圍遠處的氣相中，這些屬性的變化很大，但常屬性的假定使我們可以求得簡單分析解。在最后的分析中，對平均值合理的選擇可以得到相當精確的結(jié)果。液滴的穩(wěn)態(tài)蒸發(fā)靜止介質(zhì)中的傳熱和傳熱具有相似性液滴蒸發(fā)問題，屬于斯蒂芬流問題，因此簡單的相似關(guān)系就不存在了，但可以通過參數(shù)變換的辦法，來描述傳熱和傳質(zhì)過程，保持相似性，稱為“廣義雷諾比擬”。界面處的能量平衡在穩(wěn)定蒸發(fā)的條件下，，熱平衡方程式7-19簡化為：設(shè)r=R處的氣相溫度梯度為，Kg為界面處氣相導(dǎo)熱系數(shù)，為界面處法向質(zhì)量流量（即蒸發(fā)速度），根據(jù)傅立葉定律和Q的定義，傳入液面的熱流強和遷移出來的質(zhì)量流強之間的關(guān)系：熱擴散率，帶入上式得：定義無量綱溫度（標準溫度）考慮到T∞是常數(shù)，則7-21b可改寫為：該式為界面處傳質(zhì)速度和溫度梯度間的關(guān)系。界面處的組分平衡燃料從液滴向自由流中的遷移，是單向擴散過程。自由流中的空氣雖然通過擴散作用向液面遷移，但不能穿過液面，而燃料的遷移則由擴散和對流兩部分組成。此式為傳質(zhì)速度和質(zhì)量分數(shù)梯度間的關(guān)系液滴中燃料組分F減少的質(zhì)量界面處的對流遷移的物質(zhì)流率界面處的擴散速度描述液滴蒸發(fā)的微分方程在穩(wěn)態(tài)、定常物性和無燃燒的情況下，用球坐標系表示的液滴蒸發(fā)能量守恒方程為組分守恒方程為引入標準溫度和標準質(zhì)量分數(shù)及連續(xù)方程，上面兩式可改寫為導(dǎo)熱、擴散引起的對流引起的對于壁面或者自由流，有如下邊界條件：r=R時當r=∞時，在傳熱和傳質(zhì)過程之間，其邊界條件的表達式在形式上完全相同，路易斯數(shù)Le=1，即αg=DF，則能量方程和組分方程就完全一樣了。燃燒問題中，常做如此假設(shè)。b稱之為“守恒變量”方程的求解求解二階常微分方程需要兩個條件，另外還有界面?zhèn)髻|(zhì)速度和溫度兩個未知量，需要四個邊界條件，前面的邊界條件提供了三個，另外一個可以從液面處氣液兩相平衡的熱力學(xué)關(guān)系得出，即利用飽和蒸汽壓和溫度的函數(shù)關(guān)系給出補充條件假設(shè)Le=1，即，對求坐標下的蒸發(fā)能量方程式（7-30）進行積分，得：利用壁面處的邊界條件求出該常數(shù)故上式變?yōu)椋悍蛛x變量積分得：當時，等式右端第一項趨于零，于是可定積分常數(shù)C，得出b隨r的分布為：當r=R時，b=bW，由上式可求出蒸發(fā)速度為：

b隨r變化的顯式表達式：

對于不同的（b∞-bw）值，（b-bw+1）與（1-R/r）的變化關(guān)系如圖所示（b∞-bw）的值決定著b的大小，此值稱為“驅(qū)動力”或“傳質(zhì)數(shù)”，

“Spalding數(shù)”。用B表示，r=

∞時，bT∞=bD

∞=0。則B=-bW再考慮到b的定義和Le=1的假設(shè)，B的表達式：靜止介質(zhì)中單滴的蒸發(fā)對于球體：

當液滴對氣流的相對速度很小，即u=0是，方程可簡化為換熱系數(shù)h0具有導(dǎo)熱系數(shù)與熱邊界層厚度（靜膜厚度）之比的含義，設(shè)δs代表靜膜厚度，則：，帶入上式，

則在靜止介質(zhì)中有：即圍繞圓球和熱邊界層的厚度應(yīng)使球壁上的溫度梯度等于圍繞液滴的邊界層示意圖如圖所示。實際上這種對稱分布的邊界層只有在沒有流速、也沒有浮力的條件下才可能存在。應(yīng)用熱擴散率的定義帶入到蒸發(fā)速度公式中，得傳質(zhì)方程傳熱因子熱力學(xué)因子從能量角度考慮：從組分角度考慮：假設(shè)路易斯數(shù)等于1，即BT=BD四個未知數(shù)，三個方程根據(jù)燃料表面上的液相和蒸汽間的相平衡，用克勞修斯-克拉貝隆方程把飽和蒸氣壓表為溫度的函數(shù)，作為另一個補充條件假設(shè)混合物為理想氣體，則分密度之和等于總密度，分壓之和等于總壓力BT和BD都已表示為了TW的函數(shù)。把TW作為參考量，得出曲線如圖所示，再利用BT=BD的條件，由兩圖線的交點即可求出界面處的BD和TW，因此，wFW也可求出。BT（TW）是TW的線性函數(shù)，斜率為負值，與橫坐標軸相交于T∞。當TW=0時，飽和蒸汽壓pFW=0，因而wFW=0，于是BD=-wF∞/wFR當TW等于沸點TB時，pFW等于總壓，因此wFW=wFR，此時BD=∞，因此在Tw≈TB時，BD的變化就很劇烈事實上，在物理上驅(qū)動力不可能無窮大，表明蒸發(fā)液體表面不可能達到沸點溫度，而只能趨近于它當T∞》TB時，BT和BD的曲線決定的界面溫度TW幾乎等于TB，如圖所示，當T∞《TB時，BT和BD的曲線決定的界面溫度TW幾乎等于T∞，如圖所示，把相當于T∞時的飽和蒸汽壓帶入：蒸發(fā)液體的表面溫度總是低于其沸點溫度，但當環(huán)境溫度遠大于沸點溫度時，Tw將接近于TB，wFW相當接近wFR，閃瞬蒸發(fā)現(xiàn)象就是這種情況下引申出來的。萊頓弗萊特斯效應(yīng)（視頻）負的BD，表示從環(huán)境自由流向液體的傳質(zhì)。雨滴增大等冷凝現(xiàn)象液滴蒸發(fā)時間相對靜止的介質(zhì)中，小的球形液滴的蒸發(fā)速度前面已求出，式7-37，有此式可以估算出已知直徑的液滴完全蒸發(fā)所需要的時間，稱為液滴存在時間或液滴蒸發(fā)時間。

液滴蒸發(fā)過程中質(zhì)量的減小速度，等于通過表面的蒸發(fā)速度液滴直徑越小，液滴直徑的變化率越大液滴直徑的平方隨t成線性變化，D2定律，直徑越大，蒸發(fā)時間越長，較輕的燃料，高的氣體導(dǎo)熱性和低的氣體比熱容可使蒸發(fā)常數(shù)增大，從而縮短蒸發(fā)時間。D2定律：液滴直徑的平方對時間的微分是一個常數(shù)。因此D2隨t線性變化，斜率為-(8k/lcpg)ln(Bq+1)，如圖所示。該斜率被定義為蒸發(fā)常數(shù),λ或K：液滴的不穩(wěn)定蒸發(fā)在液滴噴入高溫氣體中時，開始的一段時間內(nèi)，液滴的溫度、蒸發(fā)速度等都是隨時間變化的。時間雖然不長，但在內(nèi)燃機中卻不容忽視，因為對于高速內(nèi)燃機來說，噴油燃燒的時間本來就只有幾個ms的時間。描述這一變化過程,必須用到偏微分方程,如果用常微分方程描述,必須對物理模型做進一步的簡化,若液體的導(dǎo)熱性比氣體大很多,液體內(nèi)部的溫度可以認為是均勻的.總蒸發(fā)流強:7-597.3液霧的運動噴霧模型單相流：康明斯模型，和栗模型兩相流：CDM模型和DDM模型

噴霧模型柴油機噴霧是由尺寸各異的大量細微油滴、燃油蒸氣與空氣組成的兩相混合物，液相的存在使得氣相射流模型不能模擬和反映噴霧的物理本質(zhì)，因此在多維模型中以兩相流噴霧模型為主CDM（連續(xù)液滴模型）和DDM（離散液滴模型）連續(xù)液滴模型則不僅把流體相作為連續(xù)介質(zhì)，同時也把顆粒相視為擬連續(xù)介質(zhì)或擬流體，認為后者在空間中有連續(xù)的速度、溫度等參數(shù)分布及等價的輸運性質(zhì)(黏性、擴散和導(dǎo)熱等)，因而稱為歐拉-歐拉法或雙流體法離散液滴模型把流體相作為連續(xù)介質(zhì)，以歐拉方式研究其流場，而把顆粒(液滴)相作為離散體系，格朗日運動坐標系研究顆粒或顆粒群在流場中的動力學(xué)和熱力學(xué)特性(如顆粒軌道及其傳熱傳質(zhì)過程等)，故可稱為歐拉-拉氏法。二者的共同點是，它們都從燃油噴霧具有氣液兩相結(jié)構(gòu)這一基本事實出發(fā)，著重模擬發(fā)生在氣液交界面上的相互作用，即兩相之間的質(zhì)量、動量和能量交換過程。為此，必須同時求解兩相的各控制方程，但二者求解的思路和方法是完全不同的

CDM模型是通過統(tǒng)計力學(xué)中的Louville守恒原理，得到表達所有液滴的運動方程，大多數(shù)情況下方程包括不少于8個獨立變量，即三個空間坐標、時間、液滴半徑、液滴速度矢量的三個分量。此法可以為噴霧場提供全面詳盡的描述，然而由于其工作量太大，現(xiàn)階段難以應(yīng)用于實際工程問題。目前，研究和應(yīng)用的重點放在DDM方法上。DDM模型基于蒙特卡洛(Monte-Carlo)方法，考慮離散液滴中一個有代表性的樣本(液體包)，用拉格朗日方式跟蹤這些油滴樣本的運動，即求解描述其運動軌跡和傳熱傳質(zhì)過程的一組常微分方程。液滴對氣相的影響則在氣相守恒方程中加入相應(yīng)的源項來考慮。這種模型的優(yōu)點是，能較好地描述液滴的狀態(tài)及液滴與氣相之間的相互作用，并且能夠消除液相流動求解中的數(shù)值擴散所引起的誤差。由于液相控制方程成為液滴控制方程，簡化為由液滴質(zhì)量、動量和能量守恒方程組成的常微分方程組，采用簡單的Runge－Kutta法即可求解。對氣相流場的求解按其物理觀察坐標的不同通常可分為Eulerian法、Lagrangian法和Eulerian-Lagrangian法噴霧過程的多維數(shù)值模擬噴霧過程的多維數(shù)值模擬主要是依靠兩相流和統(tǒng)計力學(xué)的理論，從而得到氣液兩相流中的氣相流場和液相流場參數(shù)隨時空的變化。多維模型則可以很好的模擬整個過程。燃油射出噴孔后發(fā)生一系列互相耦合的物理過程，歷經(jīng)初次破碎、二次破碎，同時還經(jīng)歷拉伸、碰撞、聚合、湍流擴散、蒸發(fā)等過程或者還發(fā)生噴霧碰壁，從而逐步與空氣混合。初次破碎在靠近噴嘴且Weber數(shù)很高的情況下發(fā)生，不僅與液、氣兩相的交互作用有關(guān)，還與噴嘴內(nèi)部的流動現(xiàn)象如湍流和空化有關(guān)。二次破碎在遠離噴孔的噴霧下游發(fā)生，與噴嘴的類型關(guān)系不大，主要取決于外部空氣動力作用。常用的破碎模型如WAVE模型、TAB模型、ETAB模型、FIPA模型、KH-RT模型等。

不同蒸發(fā)模型比較上圖:為不同CA對應(yīng)的油束發(fā)展（從左上至右下依次為714CA，718CA，740CA，756CA，每一圖左側(cè)的蒸發(fā)模型2，右側(cè)為1）下圖為：兩種模型某一曲柄轉(zhuǎn)角的當量比切面圖（上部蒸發(fā)模型為2，下部蒸發(fā)模型為1）初期噴霧發(fā)展很類似，后期蒸發(fā)模型為2時，噴霧前段顯得更細，而且在整個階段都維持比較穩(wěn)定的位置，而蒸發(fā)模型為1時，油束則逐步向燃燒室壁面發(fā)展，貫穿距離較遠，并且會碰壁，因此在壁面的燃燒也更嚴重。蒸發(fā)模型為2（開啟蒸發(fā)模型）時，貫穿小，散布角小，蒸發(fā)強烈。2的蒸發(fā)能力更強但混合氣并沒能很好地利用蒸發(fā)模型1：關(guān)閉蒸發(fā)模型蒸發(fā)模型2：開啟蒸發(fā)模型不同蒸發(fā)模型比較山東大學(xué)內(nèi)燃機研究所當蒸發(fā)模型為2(編號0)時，最大爆發(fā)壓力減小大約1MPa，累積放熱量減少682J，液體質(zhì)量的變化趨勢基本相同但峰值要小一半（都出現(xiàn)在716CA）。而在瞬態(tài)放熱率上，雖然初期上升規(guī)律一致，但蒸發(fā)模型為2時的放熱率峰值要低很多，甚至低于擴散燃燒的峰值。因為壓縮比很高所以，滯燃期很短，所以預(yù)混合的柴油也較少，導(dǎo)致預(yù)混燃燒的放熱率峰值不是太高，大部分都被擴散燃燒消耗掉了。不同破碎模型比較山東大學(xué)內(nèi)燃機研究所0ModifiedKH-RT：KH機理負責初次破碎，破碎形成的子液滴的二次破碎則決定于KH和RT的競爭。3KH：液滴的破碎時由于氣液兩相之間的相對速度導(dǎo)致交互面上KH不穩(wěn)定波的增長而使液滴從液體表面分離。8RT：在氣液界面的法向上也存在由于兩相之間密度的巨大差別而產(chǎn)生的慣性力，從而會引起另一種擾動波：RT波。這種波的不穩(wěn)定增長導(dǎo)致液滴分裂霧化的。11KH-RTBreakupLength：允許用戶指定一特征長度，在此長度范圍之內(nèi)，KH不穩(wěn)定性決定液滴的破碎，而在超出此范圍之外，則是KH和RT之間的競爭決定液滴的破碎。15TAB：基于彈性力學(xué)理論將液滴的破碎和彈簧系統(tǒng)類比得到的。然而TAB模型適宜于低韋伯數(shù)射流，對于特別高的韋伯數(shù)，噴霧液滴散落分布，用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)類比是不適合的。不同破碎模型在不同破碎模型比較山東大學(xué)內(nèi)燃機研究所（從左至右依次為編號0、3、8、11、15.從上至下依次為716CA，726CA，740CA，754CA和760CA）0ModifiedKH-RT：與KH類似。3KH：與ModifiedKH-RT相比，蒸發(fā)更快，貫穿距離也相對小一些，因此燃燒向壁面的傳播收到抑制。8RT：8個噴孔的發(fā)展很不均勻，而在噴霧燃燒后期，貫穿距離才又逐步加長。11KH-RTBreakupLength：使得破碎機制分區(qū)。該模型的各噴孔發(fā)展均勻性較好，貫穿距