碱性及碱土材料功能化NiFe/γ-Al2O3催化剂强化合成天然气制备及其对甲醇/生物柴油混合燃料液滴超临界相变机制的跨尺度研究

本文系统研究甲醇/生物柴油混合燃料在柴油缸内超临界环境下的液滴蒸发与气液相变行为。通过实验与分子动力学模拟，揭示甲醇掺混比（0-20%）、环境温度（573-1573 K）及压力（3-9 MPa）对液滴蒸发规律（d2定律）、界面张力消失、氮气富集密度等关键参数的影响，为优化柴油机燃烧效率及减排提供理论支撑。

　　

Highlight

液滴形态

图2a展示了环境温度为573 K时B100和B80M20燃料的液滴形态变化。液滴图像中丝状垂直结构为低导热石英丝，用于减少热传导对液滴蒸发测量的影响。石英丝直径为0.1 mm以最小化对液滴形状的干扰。当环境温度低于燃料临界点时，甲醇/生物柴油混合燃料液滴呈现典型亚临界蒸发特征，遵循d²蒸发定律。

表面张力

表面张力源于范德华力、氢键等分子间作用力（van der Waals forces, hydrogen bonds），是区分液膜超临界与亚临界状态的关键参数之一。研究气液表面张力有助于理解界面层在相变过程中的动态行为。模拟结果显示：在亚临界环境下，蒸发过程中表面张力逐渐降低，气液界面厚度缓慢增加；达到超临界状态时，表面张力在蒸发结束前完全消失，转变时间从2.67 ns加速至1 ns，提速达62.5%。

富集过程

相对分子量较高的分子具有更多电子且电子分布更分散，其电子云易产生瞬时偶极相互作用，导致更强吸引力。液滴蒸发初期存在初始体积膨胀现象，一方面因液滴吸热导致热膨胀，另一方面环境气体分子（如氮气）在液滴表面富集形成高密度层。超临界环境下，径向分布函数首峰降低、其他特征峰逐渐消失，富集持续时间缩短，氮富集密度显著减少。

Conclusion

本研究通过快速喷射液滴蒸发实验装置，测试分析了甲醇/生物柴油混合燃料在不同环境温度、压力及甲醇掺混比下的液滴蒸发特性。建立甲醇/生物柴油液滴气液界面分子动力学模型，揭示了环境温度（573–1573 K）、压力（3–9 MPa）和甲醇掺混比（10%、20%）对相变模式的影响机制。