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基于机器学习的煤油液滴蒸发模型探索

航空动力学报 2023年第8期38卷 1956-1964页

作者：王方韩琪炜蔡江涛李典望甘甜金捷北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机数值仿真研究中心北京100191 北京航空航天大学江西研究院南昌330096 北京航空航天大学成都航空动力创新研究院四川彭州611930

基于厚交换层液滴蒸发理论以及煤油的实验数据,通过机器学习理论中的线性回归、随机森林、支持向量机、极致梯度提升回归和全连接神经网络方法构建煤油液滴的蒸发模型,检验新构建模型的适用范围和精度。对比实验数据和传统模型、机器学... 详细信息

基于厚交换层液滴蒸发理论以及煤油的实验数据,通过机器学习理论中的线性回归、随机森林、支持向量机、极致梯度提升回归和全连接神经网络方法构建煤油液滴的蒸发模型,检验新构建模型的适用范围和精度。对比实验数据和传统模型、机器学习蒸发模型的预测结果,发现随机森林方法和极致梯度提升回归方法生成的蒸发模型不能合理外推,支持向量机方法的外推效果欠佳。线性回归的厚交换层模型和全连接神经网络模型的整体效果更好,与训练数据的均方误差分别为2.71×10^(−2)和1.81×10^(−3)。基于深度学习模型良好的预测效果,可以构建基于实验数据的、可以合理外推的“数字蒸发模型”,可能有更好的现实适应能力。机器学习液滴蒸发模型丰富了现有液滴蒸发模型,为机器学习液滴蒸发模型研究打基础。

关键词：液滴蒸发模型煤油液滴机器学习神经网络拟合能力外推能力

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双组分液滴撞击热壁面及蒸发模型研究

双组分液滴撞击热壁面及蒸发模型研究

作者：郝树新北京理工大学

学位级别：硕士

随着内燃机向着结构小型化和燃油喷射高压化发展,不可避免地会出现喷雾碰壁现象。燃油喷雾液滴撞击壁面的结果会通过破碎和蒸发,影响油气组织和燃烧,从而影响发动机的性能和排放水平。因此本文对液滴撞击加热壁面后的动态过程进行了实... 详细信息

随着内燃机向着结构小型化和燃油喷射高压化发展,不可避免地会出现喷雾碰壁现象。燃油喷雾液滴撞击壁面的结果会通过破碎和蒸发,影响油气组织和燃烧,从而影响发动机的性能和排放水平。因此本文对液滴撞击加热壁面后的动态过程进行了实验研究,分析了双组份液滴撞壁现象类型及影响因素,并建立了双组分液滴蒸发模型,对液滴蒸发过程及其影响因素进行了理论研究。本文搭建了液滴撞击加热壁面实验平台,通过高速相机记录液滴撞击加热壁面过程,分析了液滴撞击加热壁面后的形态变化过程。发现随着壁面温度的升高,液滴的形态变化会经历四种不同的阶段:膜态蒸发、核态沸腾、过渡沸腾和膜态沸腾,当壁面温度高于临界温度以后液滴会发生反弹即Leidenfrost现象,随着液滴初始直径及撞壁速度的增加Leidenfrost临界温度逐渐增加,且最大铺展直径逐渐增加。但液滴初始直径对液滴的铺展速度没有影响,而液滴撞壁速度越大液滴的铺展速度越快,当撞壁速度较高时,液滴会发生破碎现象。不同组分液滴的Leidenfrost临界温度不同,Leidenfrost临界温度与液滴组分的饱和温度有关。液滴组分对液滴铺展速度影响较小,但会影响液滴的最大铺展直径,液滴组分的表面张力系数越大,液滴的最大铺展直径越小。同时实验发现乙醇水双组分混合液滴由于组分对空气的溶解度不同,会发生中间射流破碎现象。本文在有效扩散模型的基础上建立了双组分液滴蒸发模型,并验证了其准确性,并基于该模型建立了乙醇-丁醇双组分液滴蒸发模型,分析了其液滴蒸发特性及其影响因素。结果表明,液滴蒸发过程分为非稳定蒸发和稳定蒸发两个阶段,非稳定蒸发阶段液滴直径先增加后减小,但液滴温度持续增加,稳定蒸发阶段液滴温度升高速度变缓,而液滴直径持续减小直至液滴蒸发结束。由于乙醇的饱和蒸气压和气相扩散系数均大于丁醇,因此乙醇组分比丁醇组分蒸发快。环境因素及液滴初始因素如初始温度、初始直径及质量分数等都对液滴蒸发过程有很大影响,升高环境温度、增大环境压力和增加液滴与空气的相对速度均可以促进液滴蒸发;提高液滴初始温度、降低液滴初始直径也可以促进液滴蒸发,而随着乙醇组分质量分数的增加液滴的总蒸发时间增加,但变化较小。

关键词：液滴撞壁加热壁面液滴蒸发模型多组分

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湿空气超音速凝结实验平台设计

仪器仪表学报 2018年第6期39卷 173-181页

作者：王超张哲晓丁红兵李金霞天津大学电气自动化与信息工程学院

音速喷嘴作为流量计和量值传递标准,被广泛应用于工业过程中。当介质为蒸汽或含湿气体时,其流过音速喷嘴会由于自身温降而发生凝结现象,这对音速喷嘴计量产生重要影响。为研究音速喷嘴中的凝结现象,设计了一套凝结实验平台,分为气路调... 详细信息

音速喷嘴作为流量计和量值传递标准,被广泛应用于工业过程中。当介质为蒸汽或含湿气体时,其流过音速喷嘴会由于自身温降而发生凝结现象,这对音速喷嘴计量产生重要影响。为研究音速喷嘴中的凝结现象,设计了一套凝结实验平台,分为气路调节系统、高压雾化系统和蒸发加湿系统3部分。针对核心的蒸发加湿单元设计,建立了有限空间内液滴蒸发模型。基于液滴最大蒸发时间,设计了蒸发器尺寸和结构并通过计算流体动力学（CFD）数值模拟验证了设计效果。通过压力控制、管道加热、液滴雾化和蒸发加湿,可实现压力pa=0.10.6 MPa、温度Ta=45-65℃和相对湿度RH=0%-100%的快速准确调节。实验结果表明,本实验平台可为音速喷嘴提供不同压力、温度和相对湿度的准确入口条件,为凝结现象研究提供实验基础。

关键词：音速喷嘴凝结现象液滴蒸发模型蒸发器设计温湿度调节

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液氧甲烷发动机点火冲击特性研究

推进技术 2021年第7期42卷 1553-1560页

作者：郑大勇胡骏南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 北京航天动力研究所北京100076

为研究液氧甲烷发动机燃烧室点火冲击特性及影响因素,根据爆轰波产生的机理,建立了甲烷推进剂液相蒸发数学模型,采用C-J (Chapman-Jouguet)爆轰理论,计算和分析了不同混合比、初温及初压对爆轰参数的影响规律。结果表明,爆轰波的强度与... 详细信息

为研究液氧甲烷发动机燃烧室点火冲击特性及影响因素,根据爆轰波产生的机理,建立了甲烷推进剂液相蒸发数学模型,采用C-J (Chapman-Jouguet)爆轰理论,计算和分析了不同混合比、初温及初压对爆轰参数的影响规律。结果表明,爆轰波的强度与初压、初温及混合比密切相关。初压越高,初温越低,越接近化学当量混合比时,爆轰压比、温度比和爆轰速度越大;减小点火时刻推进剂积存量,增强燃烧装置点火能力,可降低爆轰波强度,减少点火瞬态冲击。

关键词：点火冲击液氧甲烷发动机推力室再生冷却 C-J爆轰波液滴蒸发模型

不考虑液相化学反应的苄基叠氮复合柴油液滴蒸发特性仿真

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内燃机学报 2014年第4期32卷 334-339页

作者：付耿赵长禄韩恺宋国倩张付军李玉川北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学材料科学与工程学院北京100081

为研究物性参数差异对苄基叠氮复合柴油液滴蒸发特性的影响,选择正十六烷作为柴油的替代物,在不考虑液相化学反应的前提下构建了苄基叠氮-正十六烷多组分液滴蒸发模型.然后利用该模型分析了液滴的蒸发过程,研究了苄基叠氮质量分数和环... 详细信息

为研究物性参数差异对苄基叠氮复合柴油液滴蒸发特性的影响,选择正十六烷作为柴油的替代物,在不考虑液相化学反应的前提下构建了苄基叠氮-正十六烷多组分液滴蒸发模型.然后利用该模型分析了液滴的蒸发过程,研究了苄基叠氮质量分数和环境温度对液滴蒸发过程的影响.结果表明,苄基叠氮-正十六烷液滴蒸发可分为瞬态加热阶段、混合蒸发阶段和平衡蒸发阶段.苄基叠氮由于其相对正十六烷较高的饱和蒸气压、较小的定压比热容以及较大的蒸气相扩散系数,因而具有较快的蒸发特性.随着苄基叠氮质量分数的增加,液滴蒸发速率不断提高;随着环境温度的升高,液滴升温速率不断增大,平衡蒸发温度不断升高,液滴蒸发速率不断增大,但是这一变化趋势并不与温度呈线性关系.

关键词：柴油苄基叠氮多组分液滴蒸发模型