湿热环境下低碳醇燃料液滴蒸发机制研究：以甲醇为例及其对燃烧特性的影响

《Renewable Energy》：A comprehensive investigation on evaporation of low-carbon alcohol fuel droplets in hot and humid environment: methanol as an example

本文系统研究了湿热环境中甲醇液滴蒸发特性及其水蒸气吸收机制。通过创新方法量化了湿度诱导的水分吸收过程，发现环境湿度通过线性/指数关系显著影响蒸发速率（两阶段蒸发率变化超50%）。研究首次将湿度效应表征为蒸发率的指数修正项，建立的温湿度关联模型为醇基燃料在可持续能源应用中的蒸发机制提供重要理论支撑。

　　

^章节亮点

^{蒸发过程中的水蒸气作用}

为明确水蒸气对甲醇液滴蒸发的影响，本研究在313K环境温度下对比了两种绝对湿度（AH）条件下的液滴直径、液滴温度、瞬时蒸发速率、平均蒸发速率及液滴寿命。干燥环境中的甲醇液滴直径和蒸发速率数据亦作为参照。由于本研究使用的定容腔体并非完全密封系统，环境湿度会通过热力学平衡效应持续影响液滴行为。

^{水蒸气吸收的双重驱动机制}

甲醇液滴对环境水蒸气的吸收由分子间相互作用（intermolecular interaction）和热力学效应（thermodynamic effect）共同驱动，导致蒸发过程呈现显著的双阶段特征。第一阶段以快速水分吸收为主导，伴随冷凝放热对蒸发过程的增强效应；第二阶段则表现为吸收速率衰减后的纯扩散主导蒸发。这种相变动力学过程与生物系统中的跨膜物质传输具有有趣的类比性。

^{湿度敏感性的定量解析}

随着绝对湿度升高，水蒸气吸收量呈线性增长，而第一阶段平均蒸发速率线性增加，第二阶段却呈现指数型衰减。这种非线性响应导致甲醇液滴整体蒸发速率产生超过50%的指数型下降，如同生物酶促反应中的底物抑制效应，展现出复杂的浓度依赖性。

^{温度调控的吸收动力学}

较高环境温度虽提升水分吸收速率，但因吸收持续时间缩短反而降低净吸收质量。这种时间尺度的竞争机制使得湿度对蒸发的抑制效应随温度升高而减弱，类似于代谢通路中反馈调节的温度适应性。

^结论

本研究通过悬浮法系统揭示了环境湿度对不同温度下甲醇液滴蒸发特性的影响规律，并量化了其水蒸气吸收过程。主要发现表明：在分子相互作用和热力学效应驱动下，环境水蒸气被甲醇液滴吸收，导致蒸发过程呈现显著的双阶段特征。第一阶段主要表现为...