基于VOF-DPM模型的离心喷嘴中的燃油流动及雾化特征研究

针对燃油在离心喷嘴中的内部流动及其外部雾化过程,采用VOF-DPM模型对其进行了数值模拟研究。分析了压力对喷嘴出口处空气芯大小和液膜厚度的影响,得到了液膜破碎长度和雾化锥角等雾化特性,应用实验测试结果对数值模拟进行了验证,并与流体体积函数法(VOF)和离散相追踪法(DPM)进行了对比。结果表明：VOF-DPM模型可以真实反映离心喷嘴的内部流动和外部雾化特性,研究发现了与实际雾化过程符合的液膜破碎存在孔洞破碎和边缘破碎两种形式;捕捉到了在液膜表面的波动及气动力共同作用下液膜失稳破碎形成液滴的过程;燃油流动及雾化特性随着压力增加发生变化,喷嘴内空气芯直径增大,出口处液膜厚度减小,液膜的破碎长度下降。     

掺混燃油在离心喷嘴内的流动与雾化特性研究

燃料性质的改变会导致雾化特性的变化,针对乙醇掺混航空煤油在离心式压力雾化喷嘴内的流动与雾化特性开展了研究。通过耦合流体体积法(VOF)和离散相模型(DPM),研究了不同乙醇掺混体积分数下掺混燃油在离心式喷嘴中的内部流动和外部雾化过程。研究结果表明：在压差不变时,喷嘴内空气芯直径随着掺混燃油内乙醇体积分数的增加而增大;而液膜厚度则与空气芯直径成反比,随着乙醇体积分数的增加而减小。喷嘴出口的速度随着乙醇体积分数的增加而增大;在油膜表面的波动及气动力的共同作用下,油膜失稳形成液滴,获得了不同比例下掺混燃油在喷雾外流场内的喷雾粒径分布特征,随着掺混乙醇体积分数的增加,液滴的平均直径逐渐减小。     

Y型喷嘴液膜随机破碎模型研究

采用Monte—Carlo法，综合考虑Y型喷嘴液膜破碎过程中表面扰动波长、液膜厚度及初始雾化液滴速度等分布的随机性，结合混合孔内气、液两相流动及二阶段雾化模型，建立Y型喷嘴雾化液滴粒度分布模型。利用FAM型激光粒度仪对实验喷嘴的雾化特性进行测试，测量结果与模型预测结果吻合较好。     

伞喷喷嘴内空化现象的数值模拟

使用混合多相模型和全空化模型通过数值模拟研究了伞喷喷嘴内的空化流动过程.结果发现,伞喷喷嘴内的空化发展显著影响了喷嘴出口处的燃油液膜厚度和喷射速度,进而直接改变喷射锥角和液滴的平均索特直径.基于喷嘴内燃油蒸气的分布,空化可以划分为无空化、入口空化、出口发展空化和完全空化.完全空化中燃油蒸气延伸至喷嘴出口,可以显著增加喷...     

考虑非定常效应的离心喷嘴初始雾化特征研究

为研究燃油流量瞬时变化时离心喷嘴的初始雾化特征,以高频激光和高速相机作为测试系统,以柱塞泵提供流量激励作为非定常输入进行了试验研究。研究表明：离心喷嘴初始雾化的初始液膜段流动稳定,基本无扰动;无流量激励下的液膜扰动段和初始雾化终点存在较明显的波动特征;在29.2%流量激励下的试验结果表明,流量激励不影响初始液膜的流动,但会导致初始雾化终点以1.8 mm的幅值和21 Hz的主频率呈周期性变化。     

生物油雾化特性的数值研究

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)研究生物油在离心式喷嘴内的雾化特性,考察喷射流量对流量系数、雾化锥角和液膜厚度的影响,并与生物油/甲醇混合燃料的雾化特性进行对比。结果表明:喷射流量对雾化锥角及液膜厚度有较大影响,对流量系数影响较小。喷射流量从0.03 kg/s增至0.12 kg/s,流量系数增大3.4%,雾化锥角增大30.6%,而液膜厚度减小22.3%;雾化锥角随甲醇含量的增大呈线性递增,而液膜厚度随甲醇含量的增大呈线性递减;利用数值结果拟合得到生物油液膜厚度的经验公式,拟合值和数值计算值吻合较好。     

背压对敞口型旋流喷嘴液膜特性影响的数值研究

背压对空气物性影响较大,使喷嘴液膜受到的气动力发生大幅变化。采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法对比3种常见液体工质和3种喷嘴尺寸,研究背压对雾化锥角、液膜厚度、旋流强度、液膜表面自激励不稳定性以及液膜形态的影响。结果表明：雾化锥角随背压增加而减小,其中部分喷嘴当背压达到某定值后,雾化锥角小幅波动;选用正庚烷或正十二烷为工质时,液膜厚度随背压增加而增加,达到一定背压后,3种液体液膜厚度呈小幅波动;旋流强度随背压变化无明显规律性;液膜自激励不稳定性随背压增加而降低;因水的表面张力较大,各雾化参数较为稳定;液膜形态与韦伯数呈明显规律性,背压越小韦伯数越大,液膜形态也更趋近于完美圆锥形;以正十二烷为工质时,其液膜形态在大背压下明显收缩,呈洋葱形,其余工质的液膜形态随背压增加,均逐渐从空心圆锥转变为郁金香形。     

基于VOF方法的弹簧喷嘴雾化数值模拟研究

弹簧喷嘴在除氧器中广泛应用,其雾化质量显著地影响着传热传质速率。采用欧拉VOF方法追踪气液两相交界面的动力学特性,研究喷嘴出口处液膜破裂和液滴的形成过程。结果表明,射流一开始呈连续的液膜,液膜开始破碎位置在垂直位移约20 cm左右,破碎后液滴的粒径和破碎时液膜厚度很接近。液膜在气体剪切力和表面张力的作用下,液膜表面首先产生褶皱,继而产生一些不规则分布的孔洞,然后孔洞的数量和尺寸不断增加,最后导致液膜撕裂,产生小液柱或液滴。     

流量脉动对燃油喷嘴雾化过程影响的实验研究

针对航空发动机燃烧室中存在的燃油流量脉动问题开展实验研究,设计并搭建了燃油喷嘴流量脉动激光可视化实验台,在等流量条件下利用高频激光粒子图像速度仪(High Speed Particle Image Velocimetry, PIV)分析燃油脉动频率变化对喷嘴雾化特性影响。实验结果表明:流量脉动促进了液膜表面的发展及液膜的破碎,对喷嘴的雾化产生积极的影响;喷嘴下游带状液膜区的发展和液滴的瞬态速度与喷嘴的流量脉动频率具有一致性;液滴的瞬态速度脉动幅值受脉动频率影响,在50 Hz时存在极大值。     

新型气体雾化燃油喷嘴的实验研究

对新型气体辅助雾化喷嘴特性进行了初步实验研究。利用马尔文粒度分析仪测量喷嘴在不同工况下达到的雾化粒度。实验结果表明雾化压力和气液流量比对雾化粒度有明显影响 ,而喷嘴直径几乎对之无影响 ,液体流量测量结果说明喷嘴的流量系数很低。此项研究为燃油喷嘴的开发、设计和运行调节提供了一定的理论依据     

燃气轮机燃烧室双燃料混合燃烧数值模拟

对燃气轮机双燃料燃烧室进行了2种燃料混合燃烧条件下的数值模拟.结果 表明:混合燃烧条件下,液体燃料不同质量流量下的雾化特性、双燃料喷嘴气/液路结构以及气/液燃料的燃烧场差异决定了双燃料燃烧室的混合燃烧性能;当2种燃料混合燃烧时,液体燃料雾化质量恶化及外环气体燃料喷嘴对燃烧场的径向压缩导致高温驻点向燃烧室出口移动,温度分布系数(OTDF)偏高,燃烧效率下降;可通过进一步优化气动燃油雾化喷嘴或提高雾化空气量,来有效提高双燃料燃烧室低工况混合燃烧时的燃烧性能.     

大流量单混合孔Y型喷嘴的雾化特性

对大流量单混合孔Y型喷嘴的雾化性能进行了实验研究,分析了其流量特性以及气耗率对雾化粒径的影响.结果表明,单混合孔Y型喷嘴设计流量能够达到1000kg/h以上,且具有较细的雾化粒径;在气压一定时,随着水压的增大其水流量增大,气耗率减小;气耗率对雾化粒径的影响较明显,但当粒径减小到一定程度后,继续增大气耗率对雾化粒径的影响不明显;单水孔与多水孔Y型喷嘴的雾化性能无明显差别;改进的Y型喷嘴液膜随机破碎模型可较好地用于大流量单混合孔Y型喷嘴雾化粒径的预报.     

溶气对不同燃油喷雾特性的影响

对溶有甲烷(CH4)的煤油和柴油稳态喷雾特性进行了试验研究,并对两者的试验结果进行了对比分析。结果表明,溶气对燃油的雾化有正反两方面的影响,它与CH4的浓度、喷嘴的L/D值、燃油的性质有关;柴油和煤油试验结果的规律相似,但促进雾化的临界浓度值不同;由于溶气的膨胀作用,在喷嘴出口处形成均匀的喷雾,喷雾锥角急剧增大;CH4的浓度较大时,燃油雾化粒子分布规律向小粒径方向移动,浓度较小时,向大粒径方向移动;低粘度的燃油有助于增强溶气对燃油雾化的促进作用。     

三通道气力式喷嘴的雾化特性研究

对于高Web数的三通道气力式喷嘴,液膜射出后,自身的表面张力波动来不及发展,就被内外气体冲击破碎,这时喷嘴的运行工况和结构尺寸对喷嘴雾化的有很大的影响.考虑了喷嘴出口处各个结构参数和气量分配比对三通道气力式喷嘴雾化的作用,并探讨了其内在原因.     

水平管外降膜蒸发传热特性的数值模拟

为深入研究液膜内的微观传热机理,对水平管外降膜蒸发的传热特性进行了数值模拟,获得了液膜厚度、液膜流动速度和传热系数等热力参数在液膜内的分布特性。通过与实验数据的对比验证了数学模型的准确性。研究结果表明:在饱和蒸发温度62℃、传热温差2.8℃、管外径25.4mm和液膜入口速度0.071~0.15 m/s条件下,沿圆周方向,液膜厚度减小,传热系数增加,直至达到液膜热力发展区,膜厚和传热系数趋于稳定;受液膜内温度变化的影响,液膜内的粘度、表面张力和导热系数的变化对液膜传热特性产生显著影响。     

涡轮级喷嘴叶片上液膜形成的研究

《Теплоэнергетика》2010年9月号提供了在蒸汽低湿度区域内涡轮喷嘴叶片表面上液膜厚度试验测定的结果,这可以预测液膜形成和汽化的部位,进而预测在喷嘴叶片表面腐蚀过程发展的区域。     

管道中旋流喷嘴雾化流场的速度分布特性

离心式旋流雾化喷嘴内流场的速度分布决定了喷嘴的雾化性能。利用VOF两相流模型和RNG k-ε湍流模型对管道中减温水通过旋流喷嘴雾化并与过热蒸汽混合的整个流动过程进行了三维数值模拟,获得了喷嘴雾化场的流动过程,着重分析了内外流场的速度分布特性。研究表明:流体通过离心式旋流喷嘴的切向孔后变成旋转流体,从喷嘴出口螺旋喷出后,迅速由液柱变为沿一定的锥角扩散的液膜,液膜逐渐雾化为液滴;在喷嘴内部的旋转流体,其合速度与切向速度沿径向,都是先增加后减小;随着流通截面发生改变,其速度的变化主要发生在轴向分量上,切向速度的变化比较小;流体从旋流喷嘴喷出雾化,会在喷嘴出口中心轴线附近形成回流区;当管道中的流体具有一定的流速时,还会在喷嘴前壁边缘附近形成回流区。     

乙醇/生物柴油/柴油混合燃料试验研究

对不同掺混比下乙醇/生物柴油/柴油(EBD)混合燃料的理化特性及互溶稳定性进行了试验研究。为了确定不同EBD混合燃料雾化性能的差异,基于电控喷射系统,利用马尔文法、高速摄像法研究了不同掺混比、喷射压力及喷油脉宽对燃油宏观和微观喷雾特性的影响。试验结果表明:在生物柴油/柴油混合燃料中添加乙醇,可显著改善混合燃料的雾化品质;在乙醇/柴油混合燃料中掺入生物柴油,又可显著改善混合燃料的互溶稳定性,能够满足车辆行驶需求。E10B25混合燃料的喷雾特性最佳。     

燃油锅炉采用煤油混合燃料(COM)的试验研究

本文介绍如何在锅炉燃油中掺入适量煤粉以节约燃油。通过对燃煤及燃油的特性分析,采用低温贮存、中温输送与高温雾化的方法,解决了煤油混合燃料中煤粉的沉降、阻力的增加及雾化的困难。根据煤油混合燃料固液两相非牛顿流体的特点,采用盘管式加热器以提高加热效果。并总结出蒸汽辅助机械雾化煤油混合燃料喷嘴的设计方法。 通过煤油混合燃料燃烧特性分析,及在容积热负荷为230大卡/米~3·时,出力为15吨/时的燃油锅炉上改烧煤油混合燃料的测试结果,说明当掺入煤粉重量比达40%时,对出力无影响,锅炉效率下降不到5%。     

旋转型气_液雾化喷嘴的雾化特性研究

使用激光相位多普勒分析仪PDA对旋转型气-液雾化喷嘴的雾化特性进行了实验研究。使用水代替油作为被雾化的液体,采用压缩空气作为雾化介质,测量了不同工况下的喷雾特性参数,如：喷雾液滴粒子的索太尔平均直径SMD和粒子速度等。实验测量结果表明,喷嘴在较小的气液比条件下可以达到较好的雾化状态,中心的液滴平均SMD可以达到40μm。随着压力和气液比的增加,雾化水平也随之提高,但是受喷嘴结构的影响很小。本文的研究为喷嘴的实际设计提供了基础依据。