降低着火延迟期,提高燃料燃烧速度是研究碳氢燃料急需解决的问题。纳米铝粉有许多优良的性能,将其添加到碳氢燃料中,形成“铝粉/碳氢基纳米流体燃料”,将能增加碳氢燃料的能量密度,并有可能降低其着火延迟时间,改善其燃烧性能。然而,当前对铝粉/碳氢基纳米流体燃料蒸发、着火燃烧性能的研究十分缺乏。本文选取了高能金属铝纳米粒子作为添加剂,乙醇作为液体燃料,采用“两步法”制备成稳定的纳米流体燃料,通过自行搭建的实验装置研究了不同纳米铝粉浓度、纳米铝粉粒径和表面活性剂与纳米铝粉质量比对纳米流体燃料液滴蒸发特性的影响。通过信号发生器的设置实现高速摄像图像采集系统和热电偶温度采集系统的同步。使用自行设计的matlab程序对蒸发过程图像进行了批量处理,得到液滴直径变化规律。再结合温度变化规律分析出液滴蒸发的阶段特征,结合图像分析了各阶段及典型时刻的蒸发现象。同时对其着火燃烧特性进行了研究。具体的研究成果如下:(1)研究了乙醇和添加油酸的乙醇液滴蒸发过程,发现添加油酸的乙醇液滴蒸发过程与乙醇相似,均经历了初始加热阶段和遵循d~2定律的平衡蒸发阶段。以乙醇和添加油酸的乙醇液滴蒸发行为作对照,发现当添加纳米铝粉浓度高于0.1%时,液滴蒸发过程中出现由于气泡产生和破碎导致的液滴破碎阶段,说明气泡的产生和破碎是由于纳米铝粉的添加。在液滴破碎阶段中,液滴蒸发未遵循d~2定律。(2)为了对纳米流体燃料液滴独特破碎阶段的蒸发行为进行进一步分析,参考“微爆”的概念,定义了气泡破碎强度和气泡破碎延迟,其中根据气泡破碎强度大小将气泡破碎模式分为针状喷射模式和高强度喷射模式,当气泡破碎强度较低时,液滴破碎为针状喷射模式,液滴表面出现针状向下喷射现象,液滴表面引发小规模的起皱。气泡破碎强度进一步提高时为高强度喷射模式,环境温度的升高提高了高强度喷射模式出现的几率。(3)在温度为350℃和500℃时,随纳米铝粉浓度的提高(0.1-1.0%),通常液滴破碎发生的时间提前,破碎强度增加。这是由于纳米铝粉强辐射吸收性质,在液滴表面或接近液滴表面的纳米铝颗粒被加热超过乙醇的当地沸点,从而为周围液体提供多个汽化中心,进而产生过热蒸汽。纳米铝粉浓度的增多有利于液滴内部过热蒸汽的产生和积聚。高温下(500℃-650℃),纳米铝粉的添加增加了乙醇液滴的蒸发率,在环境温度为500℃时,随着添加的纳米铝粉浓度的增加(0.1%-1.0%),乙醇液滴蒸发率逐渐提高。(4)在350℃时,含80 nm和150 nm铝粉的纳米流体液滴蒸发过程中直径变化和纯乙醇近似,大粒径纳米铝粉的加入对液滴内部气泡的生成和运动影响较小。在环境温度为650℃时,气泡破碎延迟时间随着铝粉粒径的增大而增加,同时伴随较低的破碎强度。大粒径纳米铝粉的加入,降低了液滴内部气泡产生速度,液滴内部汽化核心数相比添加50 nm铝粉的液滴少。(5)在650℃时,表面活性剂与纳米铝粉质量比为1:1.5和1:2时的纳米流体液滴没有出现气泡破碎现象,质量比为2:1、1.5:1和1:1时的液滴破碎强度相差不大。在高温下表面活性剂与纳米铝粉的低配比使得液滴内部纳米铝颗粒团聚加剧,影响了纳米铝颗粒成为汽化中心的速率和数量。(6)在对纳米流体液滴着火燃烧特性的实验中发现,乙醇液滴和纳米流体液滴火焰燃烧过程相似,均经历了着火燃烧阶段、火焰消失阶段和二次燃烧阶段。相比于乙醇燃料液滴,含50 nm铝粉浓度为0.5%和2.5%的乙醇基纳米流体燃料液滴燃烧的着火延迟时间分别降低了14.29%和23.81%。着火温度分别降低了6.10%和20.24%。说明纳米铝粉的添加增强了液滴的着火特性。当添加铝粉浓度为2.5%时,含粒径为50 nm和100 nm的纳米流体液滴着火延迟时间分别降低了23.81%和19.48%,且添加50 nm铝粉的纳米流体液滴着火延迟时间低于添加100nm铝粉纳米流体液滴。两种粒径纳米流体燃料液滴着火温度相差不大。