05-2 液体燃料燃烧：液滴的蒸发（斯蒂芬流、相对静止环境中液滴的蒸发、强迫气流中液滴的蒸发、液滴群的蒸发）

液滴蒸发时的斯蒂芬流

假定液滴在静止高温环境下蒸发，与液滴的周围介质温差有关。液滴蒸发后产生的蒸气向外界扩散是通过两种方式进行，即液滴蒸气的分子扩散，和蒸气、气体以某一宏观速度\(u_{gs}\)离开液滴表面的对流流动。

空气从外部环境不断地向液滴表面扩散。在液滴表面，空气力图向液滴内部扩散，然而空气既不能进入液滴内部，也不在液滴表面凝结。因此，为平衡空气的扩散趋势，必然会产生一个反向流动。根据质量平衡定理，在液滴表面这个反向流动的气体质量正好与向液滴表面扩散的空气质量相等。这种气体在液滴表面或任一对称球面以某一速度ug离开的对流流动被称为斯蒂芬流。这是以液滴中心为源的“点源”流，其表达式为：$$\rho_{\mathrm{g}}D\frac{d m_{x g}}{d r}-\rho g u_{g}m x_{g}=0$$
其中第一项为分子扩散引起的空气质量的迁移，第二项为斯蒂芬流（对流）引起的空气质量的迁移，\(\rho_g\)是混合气相密度，D为分子扩散系数。
要点：

1. 斯蒂芬流是一种物质传递的方式
2. 斯蒂芬流只有在两相界面上有物理过程（液体的蒸发）或化学过程（液滴的燃烧）时发生
3. 斯蒂芬流的方向垂直于两相分界面
4. 斯蒂芬流不包括扩散，而是一种宏观物质的迁移（对流）
5. 扩散过程和斯蒂芬流综合后形成的物质净流量应该等于界面上物质的净产量

相对静止环境中液滴的蒸发

强迫气流中液滴的蒸发

液滴群的蒸发

• 在实际喷嘴雾化过程中所形成液滴是由大小不同的液滴组成。
• 蒸发的过程和液滴颗粒群的粒径分布有关。
• 小颗粒会先蒸发，大颗粒后蒸发。