液体横向射流在气膜作用下的破碎过程

为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程,采用背景光成像技术及VOF TO DPM方法进行了实验研究和仿真研究,模拟介质为水和空气.研究结果表明,液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程:柱状破碎和表面破碎.Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性产生的表面波是液体射流发生柱状破碎的主要原因,气流穿透表面波的波谷导致射流柱破碎,破碎后的液丝沿流向逐渐发展呈带状分布.Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性产生的表面波是液体射流发生表面破碎的主要原因,液丝和液滴从射流表面剥离.局部动量比对液体横向射流的破碎过程具有重要影响,当局部动量比较低时,液体射流的破碎由K-H不稳定性主导;随着局部动量比的增大液体射流的破碎逐渐由R-T不稳定性主导.液体射流的破碎长度及穿透深度均随局部动量比的增大而增大.     

基于喷孔两相流场的柴油一次雾化模型

建立了一个基于喷孔两相流场的柴油一次雾化模型,根据喷孔出口气液两相分布的特点,将射流分为空穴区和液体区,两个区表现不同的雾化作用.从能量守恒的角度,描述了两区中由空穴溃灭和湍流扰动合成的总破碎能转化为破碎液滴的表面能和径向动能的一次雾化过程.模型运用于KIVA程序中,并用于轴对称和非轴对称两种喷孔的喷雾模拟,在与Hiroyasu喷雾特性经验公式的比较中得到初步验证,并模拟出非轴对称喷孔喷雾的非轴对称结构.     

喷孔内流对射流初始扰动影响的大涡模拟研究

本文利用大涡模拟方法对喷孔内流和近喷孔区域的燃油雾化过程进行数值模拟研究。为了能更加准确地模拟喷孔内流,本文根据实际喷油器结构设定了计算域,能够考虑针阀、油囊和喷孔结构对喷孔内流的影响。结果表明:在考虑了具体的喷油器结构参数情况下,采用气液两相流大涡模拟能够获得与实验非常接近的喷束结构;喷孔内流的非轴对称分布是引起射流非轴对称型扰动的原因;这种非轴对称扰动使喷束变为非轴对称结构。结果还显示这种非轴对称扰动具有远大于表面波的振幅和波长。     

高压微孔圆柱液体射流破碎实验研究

借助高速摄影及显微技术对高压微孔圆柱射流破碎过程进行可视化实验研究。结果表明:高速显微摄影能够清晰捕捉射流的细微结构特征,高压微孔射流沿流向破碎是渐变过程,可分为四个阶段,分别是,表面波动产生与发展阶段、液滴开始剥离且射流直径显著减小阶段、射流开始断裂阶段、独立液块形成阶段。实验结果表明,高雷诺数下湍流引入的流场脉动不遵循瑞利模式下表面波的线性增长和端部破碎的规律。     

缸内高压直喷柴油/天然气喷射混合过程分析

在天然气发动机中,天然气和柴油射流的喷射及混合过程对燃烧排放性能有重要影响。本文基于AVL FIRE软件,模拟了定容燃烧腔内高压天然气和柴油射流喷射过程,分析了不同喷孔高度、喷孔倾斜角以及喷孔交角下柴油和天然气射流的混合情况,研究结果表明喷孔高度,倾斜角,交角与喷雾贯穿距呈正比,柴油喷雾贯穿距是影响雾化质量的重要因素。喷孔相对位置中喷孔交角因素对射流的影响最大,对柴油喷雾的雾化效果提升明显。     

超声速气流中液体横向射流雾化过程数值模拟

为了更加深入了解超燃冲压发动机燃烧室中的燃料雾化机理,对来流Mach数为1.94的超声速气流中液体横向射流的雾化过程进行了数值模拟研究.计算采用Euler-Lagrange方法,液滴二次破碎模型采用K-H/R-T模型.计算结果表明:考虑液滴二次破碎时,采用雾化锥模型获得的射流穿透深度以及液滴速度分布与实验结果符合得很好...     

超声速气流中液体横向射流的非定常特性与振荡边界模型

针对液体圆柱射流垂直喷入超声速横向气流中的非定常分布特性开展实验研究, 并建立穿透深度方向上的射流振荡分布模型. 利用脉冲激光背景成像方法“冻结”拍摄马赫2.1(Ma=2.1)气流中煤油射流/喷雾瞬态图像, 结合最大类间方差法(Otsu)和Canny算法提取瞬态图像特征, 基于统计方法并引入间歇因子(γ)定量描述射流振荡分布特性; 通过研究多参数协同作用下的射流振荡分布规律, 提出振荡分布数学模型, 研究的参数变量包括超声速来流总压(642-1010 kPa)、 液体喷注压降(0.36-4.61 MPa)、液体喷嘴流道直径 (0.48 mm/1.0 mm/1.25 mm/1.52 mm)、距离喷嘴的流向距离(10-125 mm)以及液气动量通量比(0.11-7.49). 研究中利用射流振荡分布模型成功预测出水射流在Ma=2.1气流中的的振荡分布, 预测分布与实验结果符合良好.     

自耦合射流冲击冷却的数值计算

本文利用动网格技术对两维自耦合射流冲击冷却恒热流壁面进行了数值模拟,腔体底面具有一定的运动规律,每个时间步网格会重新划分。通过对流场和温度场的分析,得出以下结论:自耦合射流是零质量射流,射流的截面速度分布具有自相似性。涡对的平移和破碎影响了温度场的分布,从而冲击靶面温度最低点不是出现在射流驻点区,而是对应于涡对破碎、紊流度最大的位置。     

基于MPS法的圆截面液体射流数值模拟

传统网格方法在模拟液体射流流动中的断裂和破碎等液体大变形过程时存在困难,本文引入无网格移动粒子半隐式方法,对圆截面液体射流的复杂非定常流动过程进行数值模拟.基于进口速度边界条件建立了连续进口流动模型,对三类典型的射流流动,即壁面射流、竖直向上自由射流和自由射流碰撞等进行了建模和数值模拟,并对特征流动现象进行定性分析,验证了移动粒子半隐式法对上述射流流动数值计算的正确性,为相关研究提供了一种新的数值方法.     

自由空间内气泡破碎过程的实验研究

利用高速摄像对自由空间内悬挂气泡的自然破碎过程进行了研究,分析了气泡破碎过程中环形断面的发展规律、膜液滴的形成过程及末期射流的产生原因。气泡成孔后,在液膜表面张力和气泡内部气流喷射的综合作用下,会形成不稳定的环形断面,其铺展过程中边缘会出现诸多不稳定液线,液线末端断裂形成膜液滴,膜液滴飞行方向与断裂点切线方向一致;随着液膜的破碎,半封闭球状液膜的曲率半径逐渐减小,环状断面以一定的加速度推进;在破碎末期,环形断面将在初始破碎点的对称位置附近聚焦并形成射流。表面张力系数和液膜厚度均匀性对膜液滴分布和射流强度具有一定的影响;相对于液膜厚度,作用于液膜单位面积上的表面张力对气泡破碎时间的影响更为显著。     

高压热气流与整装式液体工质相互作用的实验研究

为了探索整装式液体发射药燃烧稳定性的控制方法,本文设计了多级渐扩型圆柱观察室,采用高速录像系统,开展了含能气体射流在液体模拟工质中扩展形态的实验研究.实验结果表明,渐扩型结构尺寸、喷气压力、喷孔直径对泰勒空腔的扩展形态以及气液间的湍流掺混强度有显著影响,通过这些参数的合理匹配,可以在一定程度上实现对射流发展过程的控制.     

不同雾化模式下乙醇静电喷雾冷却换热特性

为揭示静电喷雾冷却过程传热强化机制,设计搭建了静电喷雾冷却传热实验台,对比研究了滴状、微滴、锥射流及多股射流模式下的喷雾粒径、喷雾速度等雾化特性,分析了雾化模式及工质流量对冷却换热性能的影响规律。研究结果表明,随着电压逐渐增加,喷雾粒径不断减小、喷雾速度不断增大,且电场力逐渐主导液体破碎及喷雾液滴撞击换热面过程;此外,随着雾化模式由滴状/微滴转变为锥射流/多股射流时,电场力可有效促进单相换热区的喷雾液滴铺展以及抑制过热状态下的液滴反弹,使核态沸腾阶段向更高表面温度方向延伸,喷雾冷却换热能力显著提升。     

毛细喷孔超高速水射流的脉动及破碎

水切割射流的动力学特性的诸多方面尚未得到认识和理解。本文对毛细喷孔产生的超高压水射流展开可视化研究,分析了常规压力及超高压条件下毛细水射流的液体破碎机制并对超高压毛细射流的脉动现象进行了讨论。常规条件下的毛细射流遵从经典的破碎模式;在超高压条件下,射流完整段呈瑞利模式,完整段以下呈雾化破碎模式,射流集束性呈现周期性变化。结果表明,传统理论不能够表达小孔径时超高速毛细水射流的破碎特性;喷孔内部流动情况如流动分离及空化成为该条件下射流破碎和脉动的重要原因。     

喷孔直径对柴油射流雾化影响的实验研究

本文利用可视化高压定容弹,就常压环境下高速射流在破碎过程中的近场及远场的雾化特性随喷孔直径变化的规律进行实验研究。研究结果表明:对于远场喷雾来说,随着喷油压力和喷孔直径的增大,导致流动阻力的减小,从而导致贯穿加速度增大;而在近场区域,利用长焦显微技术拍摄的微观图像显示,随着喷雾的发展,液柱逐渐失稳,出现类似不稳定波的拟序结构;近场喷雾锥角随着喷孔直径的增大呈现增长的趋势,这是主要是因为长径比的减小导致流动阻力的减少,进而引起湍动能的增加,最终体现在法向湍流脉动速度的增加引起了锥角的增大。     

气泡-液体闭式多股射流的大涡模拟研究

采用气泡-液体两相流动的欧拉-拉氏大涡模拟,研究了矩形通道内多股射流形成的气泡-液体两相湍流流动,得到了气液两相湍流瞬态结构,产生和发展过程。研究结果发现气泡和液体都有瞬态大涡结构,气泡脉动比液体的强。大涡模拟统计结果给出了有无气泡两种情况下的液体湍流脉动速度均方根值分布。瞬态和统计结果都表明,气泡增大了液体湍流,液体湍流来源于其自身的剪切产生和气泡的作用。这与二阶矩模型模拟结果定性一致。     

自耦合射流强化掺混的数值研究

针对同向两股气流掺混的某一特定物理模型,对自耦合射流作用下的气流掺混过程进行了数值模拟研究.与未施加自耦合射流激励的掺混过程相比,自耦合射流周期性的吹/吸诱导流场内产生复杂的大尺度涡系结构,使得同向两股气流形成对流型混合,有效缩减了主流核心区长度;相对于在燃烧室单侧放置激励器的方式,双侧自耦合射流激励时温度均匀分布线较...     

基于大涡模拟的柴油机喷嘴内空化效应研究

针对柴油机喷射压力日渐增加及喷孔愈趋微细化背景下的喷嘴内部空化流动问题,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)及混合均相流(Homogeneous Equilibrium Mixture,HEM)模型,对高压微细喷孔内空化流动进行了多维数值模拟研究。根据喷孔内部不同区域的流动的敏感性,运用变阿格技术建立了1/4喷嘴计算模型,并采用E.Winklhofer试验结果验证了数学模型的合理性。结果得出:超高喷射压力及微细喷孔条件下,喷孔内部空化层的演变速度极快;孔内空泡的溃灭过程促进了湍流涡团量的增加,内部湍流涡团密集区域与空化区域一致;小孔径下喷孔内部空化区域更为明显,空泡在出口处溃灭产生的流体微射流增强了出口处的湍流扰动强度,与内部空化的共同作用下有利于改善燃油的雾化质量。     

稠密颗粒射流撞击壁面颗粒膜表面波纹特征

采用高速摄像仪对稠密颗粒射流撞击有限尺寸壁面的流动过程进行了实验研究,重点研究了颗粒膜及其表面波纹特征,考察了颗粒粒径、射流速度和固含率等因素对颗粒膜形态和表面波纹的影响.研究结果表明,随着颗粒粒径增大,稠密颗粒撞壁流由颗粒膜向散射模式转变.与液体射流撞壁液膜相比,颗粒膜扩展角较大,射流速度对其影响不显著.稠密颗粒射流撞壁颗粒膜表面波纹存在明显的叠加现象,颗粒膜表面波纹频率比液膜大约低一个数量级.颗粒膜表面波纹主要由射流脉动引起,表面波纹频率与射流脉动频率具有相同的数量级.     

双孔VGJs对高亚音扩压叶栅端区流动的影响

本文采用数值模拟的方法研究了单孔以及双孔射流旋涡发生器(VGJs)对高亚音速(Ma=0.67)压气机叶栅内气动性能的影响,同时对双孔射流参数对控制效果的影响进行了分析,并对控制前后栅内流场以及主要旋涡结构的变化进行了详细的探讨。计算结果表明:采用单孔以及同向双孔射流均有效的降低了总压损失系数,增强了气流折转能力,有效的改善了端区流动。相对距离对VGJs的控制效果影响较小,但对倾角的变化较为敏感。单双孔射流的控制机制基本一致,采用射流旋涡发生器后,端壁附面层横向迁移被有效的抑制,通道涡、集中脱落涡,壁面涡以及壁角涡被削弱,同时在吸力面侧形成诱导涡,附面层分离被推迟。     

SDBD等离子体增强双股矩形射流掺混性能实验研究

为提高姿轨控液体火箭发动机同轴式喷注器掺混性能,设计了简化的双股矩形射流发生器,开展了等离子体控制射流实验,获得了射流流场结构与速度分布,结果表明与单股射流类似,双股矩形射流同样具有很好的相似性,随着射流速度差的增大,相似性进一步增强,混合点逐渐靠近射流发生器出口,混合角和混合率增大,而涡量最大值减小;等离子体对射流相...