高速气流中横向液体射流雾化研究进展

在涡轮燃烧室和以液态碳氢燃料为工质的超燃冲压发动机中,高速气流中横向液体射流雾化是一个重要而复杂的过程.雾化过程进行的好坏直接关系到燃料的掺混和燃烧,进而影响发动机的性能. 针对高速气流中横向射流雾化的特点,对现阶段的实验和数值模拟研究进展进行了综述.实验方面结合国内外现状,阐明了一次、二次雾化的机理和雾化过程中的波现象,对穿透深度的确定方法及其影响因素进行了概括总结,分析了气液混合区的结构性质, 并列举和分析了常用的测量手段.数值模型研究介绍了现阶段的一次雾化和二次雾化常用的计算模型.最后提出了存在的问题和未来的研究方向.      

高速高粘度液体射流的穿甲效果

为了研究射流粘度对穿甲的影响,用火药炮实验装置产生了速度为1.5～2.0km/s的甘油射流,用曝光时间为180ns的可视化系统对高速甘油射流进行了流场显示。用甘油射流和水射流对4mm厚青铜板及3mm厚钢板进行了穿甲实验,验证了液体的粘弹性增加了射流的穿甲效果。实验还发现甘油的穿甲效果对甘油的体积分数有着依存关系,当体积分数为90%时效果最佳。     

高速液体射流流动特性的实验测试方法

基于RLPG高压喷射环境建立了射流流动特性的实验测定系统和分析方法．利用这种方法测出高压下喷口的流量系数,得到射流头部贯穿速度及射流核形态．     

激波作用下液体喷射雾化的实验研究

液体在气流作用下的喷射抛撒过程是流体力学研究中令人感兴趣的重要领域,笔者采用改进后的激波管实现了激波作用下液体的喷射抛撒,并通过阴影照相和激光散射法分别对液体的抛撒状态和抛撒液滴的直径进行了测量,研究表明,在喷射过程中,流场中固定位置所测得的液滴Ｓａｒｔｅｒ平均直径随时间的发展而逐渐减小,在开始时时刻液滴直三小较快而最终渐趋平缓;在对不同抛撒距离雾化场的测量中发现,没位置测得的颗粒最大直 隧测得位     

气液活塞式脉冲液体射流泵装置稳定性的理论研究

气液活赛式脉冲液体射流泵装置用于输送有毒、高温或放射性液体,装置在运行时,气液活塞筒内的气液交界面必须稳定在活塞筒内,形成稳定的脉冲运动,才能保证装置正常的稳定运行,本文在分析影响气液活塞式脉冲液体射流泵装置稳定性的主要因素基础上,运用流体力学的基本理论,导出了装置稳定性的基本方程组以及简化方程组,通过试验对上述理论进行了验证。     

超空化条件下液体射流热稳定性研究

基于线性稳定性理论,建立了描述超空化条件下液体射流热稳定性的数学模型,并对数学模型及其求解方法进行了验证;在此基础上,对超空化条件下液体射流与周围气体间的温差对射流稳定性的影响进行了研究。研究结果表明,液体射流与周围气体间存在温差时,射流稳定性变差,扰动波波数范围拓宽,且拓宽的程度随温差的增加有明显加大的趋势;温度扰动对射流稳定性的影响与扰动模式关系不大;温度扰动会在一定程度上削弱超空化对射流稳定性的作用,并有可能完全抑制超空化对扰动波最大波数的作用,只有当超空化达到一定程度后,才能克服温度扰动的抑制作用,使扰动波最大波数变大。     

圆环旋转黏性液体射流空间不稳定性研究

利用线性稳定性理论, 进行了液体黏性对不同旋转强度下圆环旋转液体射流 空间不稳定性影响的研究. 在推导出的三维扰动下具有固体涡核型旋转速度分布的圆环旋转 黏性液体射流色散方程的基础上, 针对中低速射流, 进行了类反对称模式与类对称模式下圆 环旋转黏性液体射流的空间不稳定性分析. 研究结果表明, 对于旋转强度较大的圆环旋转液 体射流, 液体黏性的增加, 不利于射流的破碎; 随着液体黏性的增加, 射流的特征频率和最 不稳定波数减小. 然而, 对于旋转强度较小的圆环旋转液体射流, 液体黏性的增加, 有利于 射流的破碎; 随着液体黏性的增加, 类反对称模式下射流特征频率先减小后增大, 类对称模 式下射流特征频率增大; 随着液体黏性的增加, 类反对称模式下射流最不稳定波数先减小后 增大, 类对称模式下射流最不稳定波数增大.     

同轴气流式液体射流分裂液滴粒径研究

针对同轴气流式液体射流分裂液滴粒径预测模型缺乏的现状,结合射流线性稳定性理论,建立了基于临界模数的同轴气流式黏性液体射流分裂液滴粒径表达式,在此基础上,分别研究了气流旋拧(气流同时存在轴向和周向运动)及流体物性(气体可压缩性、液体黏性、气液密度比和表面张力)对液滴粒径的影响规律.研究发现:周围气流轴向引射作用和同轴旋转...     

脉冲液体射流泵能量平衡试验研究

根据脉冲液体射流泵主要流动部件的能量损失压力比,对其能量平衡进行试验,研究了主要过流部件的能量转化与脉冲频率之间的关系。与恒定液体射流泵试验数据进行对比,证明了脉冲频率、脉冲装置对脉冲液体射流泵的主要流动部件的能量损失压力比有一定的影响;且脉冲射流是提高射流泵传能及传质效率的有效途径。     

自由端射流多尺度湍涡结构标度律的实验研究

利用后向接收式激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）对自由湍射流进行了测量,我们对采集到的充分发展的湍流信号先求其１－８阶的结构函数及其标度指数,结果验证了Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ提出的标度律理论。然后用子波变换将自由湍流脉动速度分解为多尺度湍流结构,研究每一个尺度湍涡速度的结构函数的标度律及其与湍涡速度的自相关函数的关系。     

欠膨胀高速射流的压力均一化过程

发展了分析欠膨胀高速湍流射流近场特性的数值,计算了不同背压比条件下声速喷管出口附近膨胀区的激波胞格结构,揭示了压力一化过程的的机制。     

轴对称液体射流的Hamilton表述

证明带有自由面的轴对称液体圆射流和环状射流的控制方程在有势运动的情况下具有 Hamilton结构, 其Hamilton函数为射流的总能量, 并给出正则变量的表达式.     

横向紊动射流的数值与实验研究进展

横向紊动射流作为流体运动的一种重要类型,广泛存在于如: 燃气轮机气膜冷却、锅炉燃烧室等的燃烧控制, V/STOL(垂直或短距离起落)飞机、废气排放的控制等工程实际应用中.由于射流的存在,增加了流场的复杂性,流场中同时存在射流剪切层涡、马蹄形涡系、反向旋涡对和尾迹涡等4种涡系结构,这对流体力学理论研究具有重要意义.长期以来,研究人员从理论分析、实验测量和数值模拟方面对横向紊动射流进行了大量的研究工作,目前已经认识了流场中的许多流动特性和流动机理.从数值模拟和实验研究两个方面,比较并分析了国内外横向紊动射流研究的现状和研究结果,评述了不同湍流模型以及不同的实验测量方法对横向紊动射流的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域的研究方向进行了展望.      

水下欠膨胀高速气体射流的实验研究

采用实验途径研究了下水高速气体射流的动力学特性,研制了水下高速气体射流实验系统并发展了相应的测试手段。实验中,用插入式静压探针测量了射流轴线静压分布;用γ射线衰减法测量了径向空隙率分布,从而揭示了水下高速气体射流均压和掺混两个过程的基本规律。测量结果表明：水下高速气体射流在欠膨胀工况下运行时,近场将出现含有复杂波系结构的膨胀压缩区域,由于气水的掺混作用,水下欠膨胀气体射流均压化过程比空气中衰减得快。测量结果还表明,水下射流在近场区的混合层由气水两相占据,其流态从靠近气体侧的液滴流型过渡到靠近液体侧的气泡流型。     

双柱单锥型液-液旋流管内流场的激光诊断

应用激光测速仪，对一种双柱单锥型液 液旋流管内的流动结构，进行了全场范围内的多工况流动诊断研究．揭示出其切向速度由内旋流区和外旋流区构成，其中内旋流区中的速度分布符合准强制涡关系，外旋流区中的速度分布符合准自由涡关系；轴向速度由上行流动区和下行流动区构成，两者之间在直管段以零速点作分界，在锥体段则以零速区作过渡并伴随有一定的回流出现，且该过渡区或回流区的大小随锥体截面的收缩而减小，直到进入直管段后消失；各湍流量的分布以管芯处最大向外逐渐减小，沿轴向是直管段中的湍流度大于锥体段中的湍流度，而且湍流度在旋流管内具有各向异性的特性．     

高亚声速湍流喷流气动噪声数值分析

为适应航空噪声管制规定要求,发动机喷流噪声控制成为目前气动声学研究中的重要课题,预测分析喷流噪声辐射并揭示其产生机理将为噪声控制奠定基础.采用高精度并行LES（large eddy simulation）方法计算分析马赫数0.9高亚声速喷流的湍流演化和气动噪声现象.首先,仔细验证喷流LES湍流场计算保真性,并分析流场中不同尺度涡结构的演化形态.其次,利用可穿透面FW-H（Ffowcs Williams and Hawkings）方法外推喷流近场声源数据获得精确声辐射远场,进而分析声场主导声模态特性.最后,通过分析声源机制、分离声模态等方法研究势流核末端大尺度拟序涡运动演化形成的低波数波包在噪声主导声模态产生中的重要作用.数值结果表明LES结合可穿透面FW-H方法可精确预测高亚声速喷流的流场及声场特征,且数值分析揭示涡环对并形成的大尺度拟序结构在喷流中心线上沿径向融合,产生了在远场低方位角占优的主导声模态,并构成强指向性声场,噪声峰值方位角约为30°.      

近空间飞行器的气动复合控制原理及研究进展

简单回顾与讨论了在飞行器穿越大气层时,使用气动复合控制方案的必要性与可能性.其中最复杂情况为发动机喷流推力与舵面空气动力共同使用所形成的复合控制.喷流与外流相撞引起的强干扰形成了十分复杂的干扰流场,文中介绍了复杂流动形成的原因、流场结构的特点以及干扰引起的流场改变影响了飞行器性能的预估.基于3种研究途径:理论建模与数值模拟技术、地面试验模拟技术、飞行试验技术的研究,以及它们的发展及互相验证, 用来预估飞行器的性能.为了保证地面模拟与真实飞行之间存在相似关系, 研究相似准则的作用,及分析目前的模拟能力, 涉及到许多空气动力学界至今尚未解决的难题,为了解决这些困难对今后的研究及应用提出了多方面的需求.      

液固旋流器分离效率的研究

对分离效率与液相流速、油水比例和旋流器级数之间的关系进行了系统的实验研究. 通过受力分析从理论上对细颗粒易受参数影响的原因进行了阐述,并根据量纲分析和实验数据得到了分离效率与$Re$数和$St$数之间的函数关系. 在此基础上,对液固旋流器的现场应用提出了有价值的建议.     

FORCE FIELDS ON INVISCID,SLENDER, ANNULAR LIQUID JETS

Regular perturbation expansions are used to analyse the fluid dynamics of unsteady, inviscid, slender, thin, incompressible (constant density), axisymmetric, upward and downward, annular liquid jets subjected to non-homogeneous, conservative body forces when both the annular jets are very thin and the gases enclosed by and surrounding the jet are dynamically passive. Both inertia- and capillarity-dominated annular jets are considered. It is shown that, for inertia-dominated jets, closure of the leading-order equations is achieved at second order in the perturbation parameter, which is the slenderness ratio, whereas closure is achieved at first order for capillarity-dominated jets. The steady leading-order equations are solved numerically by means of both an adaptive finite difference method which maps the curvilinear geometry of the jet onto a unit square and a fourth-order-accurate Runge–Kutta technique. It is shown that the fluid dynamics of steady, annular liquid jets is very sensitive to the Froude and Weber numbers and nozzle exit angle in the presence of non-homogeneous, conservative body forces. For upward jets with inwardly or axially directed velocities at the nozzle exit the effect of the non-homogeneous, conservative body forces is to increase the leading-order axial velocity component, decrease the jet's mean radius and move the stagnation point downstream. For downward jets with radially outward velocity at the nozzle exit the axial velocity component decreases monotonically as the magnitude of the non-homogeneous, conservative body forces is increased.