幂律流体气流雾化射流不稳定性分析

基于射流不稳定性理论系统研究了一个圆柱形可压缩气流喷入有限厚度的幂律流体的时间模式不稳定性.在对幂律流体本构方程线性近似的基础上,推导了表征轴对称模式幂律流体气流雾化射流不稳定性的色散方程.通过数值计算,分析了液相雷诺数、韦伯数、气/液密度比和速度比、气流马赫数以及幂律指数对于剪切变稀流体与剪切变稠流体两种情形气流雾化射流的不稳定性影响.结果表明:无论是剪切变稀情形还是剪切变稠情形,液体的黏性力总是抑制其不稳定性,减小幂律指数均可促进幂律流体气流雾化射流的不稳定性.随着气流速度的不断增大,由气/液相互运动导致的剪切波逐渐主导幂律流体气流雾化射流的不稳定性与破碎过程.当液相的参数保持不变,增大气流密度、气流速度以及气流可压缩性均可有效地促进幂律流体气流射流的破碎.空气动力是促进幂律流体射流破碎的有效措施.同时,对于一个小韦伯数,表面张力促进气体射流不稳定性;而随着韦伯数增大到临界值后,表面张力将会逐渐抑制其不稳定性.     

可压缩气体中的三维黏性液体射流雾化机理

建立了可压缩气体中的三维黏性液体射流雾化数学模型,在射流雾化过程中起控制作用的参数主要有气液速度、气液密度、气液界面表面张力、液体黏性、喷嘴直径及音速.采用线性空间稳定性分析方法详细分析了这些参数在高速射流雾化过程中不稳定性的作用.结果是：增加液体射流速度、气体密度及喷嘴直径;减少液体密度、液体黏性及表面张力,可使射流不稳定性增强.此外,当气流与液体射流反向时增加气体流速也可以使流动不稳定性增强,但当气流与液体射流同向时结果相反.气体可压缩性的增加使流动变得不稳定,但它的影响是很小的.     

实际射流参数对加热条件下液体燃料射流不稳定性的影响

利用线性热不稳定性理论,对黏性液体射入高温气体介质所对应的色散方程进行了数值求解．利用所得到的计算结果,研究了加热条件下射流速度、气液密度比、液体黏度、温度梯度及液体种类等实际射流参数对射流最大扰动增长率及占优波数的影响规律．研究结果表明：对于加热条件下Reyleigh模式的液体射流,气液密度比、温度梯度是射流破碎的失稳因素,而射流速度、液体黏度则是液体射流破碎的促稳因素;对于Taylor模式的液体射流,射流速度、温度梯度、气液密度比是射流破碎的失稳因素,而液体黏度是液体射流破碎的促稳因素．研究结果同时证明了液体种类的改变对射流不稳定性的影响是多种因素共同作用的结果．     

同轴气流式液体射流雾化机理研究进展

同轴气流式液体射流雾化广泛存在工业燃烧领域中,研究液体射流雾化机理对于提高燃烧效率,降低污染物排放有十分重要的意义。从雾化理论、初次雾化形态、二次雾化形态三方面综述了同轴气流式液体射流雾化研究现状及发展,对圆柱射流、平面射流和环形射流的线性稳定性理论研究、气流作用下的形态变化、划分模式和影响因素进行了系统地阐述,分析了液滴破碎形态和理论的研究现状。最后总结了气流作用下液体射流雾化的影响因素和研究发展方向。     

柴油在亚、超声速气流中横向喷射实验研究

改造普通油嘴,采用单次高压燃油喷射系统和阴影照相,首次研究了柴油射流柱在亚、超声速气流中横向非定常喷射问题。忽略破碎和雾化过程,用双流体模型和高精度格式,对该问题进行了初步的数值模拟。结果表明：沿射流柱表面传播的表面波是引起射流柱破碎的主要因素,破碎点位于表面波的波谷。高速气流中射流柱的雾化过程可分为射流柱区、大液块的首次破碎区、小液块的二次破碎区和液滴区。射流激波贴近射流柱迎风面,为三维凸形结构,在通道内反射,形成非定常的复杂波系结构。射流、来流动压比是影响柴油穿透深度的关键参数。计算得到的液相等密度线分布与实验结果在定性上一致。     

低液气密度比横向射流一次雾化模拟研究

在混合欧拉-拉格朗日框架下,对液气密度比为312、空气入口马赫数为0.2和0.35以及液体射流和空气主流的动量通量比为180的直射式喷嘴的横向射流一次雾化进行了数值模拟研究.针对低液气密度比下一次雾化同时受液体湍流和空气动力学影响,提出将一次雾化模化为先经历湍流驱动雾化再迅速经历空气动力学修正的方法,发展了一次雾化模型...     

射流参数对加热条件下液膜射流破碎不稳定性的影响(2)--射流参数对液膜对称模式破碎的影响

利用对具有温度梯度的粘性液膜射流模型进行的不稳定性计算结果，研究了实际射流参数（射流速度）气体密度，液体粘性，液膜厚度，温度梯度，液体种类等）对对称模式扰动作用下液膜射流大，小尺度破碎模式破碎特征的影响规律，并探讨了决定液膜射流破碎尺度的实际因素。     

加热条件下液体燃料射流破碎机理的研究

利用线性热不稳定性理论,对黏性液体射入高温气体介质模型所对应的色散方程进行了数值求解。利用所得到的计算结果,研究了加热条件下轴对称模式扰动液体射流破碎机理,探讨了表征各种影响射流破碎作用力的无量纲Weber数（We）、密度比（Q）、Marangoni数（Ma）和Ohnesorge数（Z）对液体射流破碎最大扰动增长率及占优波数的影响。研究结果表明,液体和气体介质之间的温度梯度对液体射流稳定性有着非常显著的影响,表明热毛细力对于液体射流的破碎有促进作用,这种作用对处于Taylor模式下的液体射流尤为显著,并且这种热力作用可使液体射流从一种模式进入另一种模式,并可以大大改变射流的破碎尺序。     

横风下幂律燃料射流的全局敏感性分析

敏感性分析是模型参数优化的基础,可以将模型中不确定性进行量化,提升参数优化效率.将Morris方法的敏感性分析方法同流体射流不稳定性理论相结合,对横风下幂律流体燃料射流不稳定性模型进行了全局敏感性分析探究.根据循环分析计算获得的各变量的平均值、绝对平均值和标准差来判断其对射流不稳定性的影响程度以及与其他参数耦合作用强度.结果表明:气流速度与气相密度对幂律流体射流不稳定性的影响最大;液体射流速度、喷孔直径和气相密度对初次破碎尺度的影响最大;射流液体密度和表面张力系数对射流不稳定过程的影响程度较弱;液体稠度系数和幂律指数对射流过程的影响相对较强;两相速度同其他参数的耦合作用最为明显.     

液体燃料射流破碎的热不稳定性分析

利用线性不稳定性理论,基于基本控制方程和边界条件,获得了表征黏性液体射流射人高温气体介质的射流不稳定性所对应的色散方程,并对该方程进行了数值求解,根据计算结果,分析了若干因素对加热条件下Reylei曲模式和Taylor模式液体射流热不稳定性的影响,结果表明,对上述两种模式的液体射流,由温度梯度引起的热毛细力是促进射流破碎的重要原因,并且这种作用在Taylor模式液体射流中表现更为显著。     

液体射流在旋转气流中的雾化机理研究

对旋转气流中的空心柱形液体射流的雾化过程进行了数值模拟。结果表明：Reynolds数Re、Weber数We、空心柱内部及外部气液密度比Q和Qh及喷嘴内半径与液膜厚度比Ah，在射流的雾化过程中均起不稳定性的作用；空心柱射流内部的气流旋转强度Ea在雾化过程中加强了自由面上的轴对称扰动和非轴对称扰动；空心柱射流外部的气流旋转强度Eb削弱了自由表面上的轴对称扰动强度，却加强了自由表面的非轴对称扰动。此外，Eb的增加，能大大增加扰动种类。     

射流参数对加热条件下液膜射流破碎不稳定性的影响(1)--射流参数对液膜反对称模式破碎的影响

基于线性不稳定性理论，利用对具有温度梯度的粘性液膜射流模型进行的数值计算结果，研究了射流速度，气体密度，液体粘性，液膜厚度，温度梯度，液体种类等实际射流参数对反对称模式扰动作用下液膜射流大、大尺度破碎模式的最大扰动增长率及占优波数等破碎特征的影响规律。     

燃油喷射2次雾化模型

本主要研究燃油喷入气体中的雾化过程。在假设雾化是由于气液之间气动相互作用导致液体射流表面不稳定波增长并最终导致细小液滴形成的基础上，把燃油雾化过程分为两个阶段：１次雾化和２次雾化。前只发生在气液交界面上，主要由不稳定波增长和破碎所引起；后则发生在气液渗混区，受１次雾化后形成的液滴在气体中进一步破碎和聚合控制。章最后分析了某些参数对雾化的影响，并把计算得到的喷雾贯穿距离和ＳＭＤ同实验进行了比     

幂律流体液膜射流的时间不稳定性分析（英文）

基于时间模式不稳定性理论,研究了无黏静止气体中二维幂律流体液膜射流不稳定过程.在对幂律流体本构方程线性近似的基础上,通过对非对称模式和对称模式的色散方程的推导和求解,研究了广义雷诺数、韦伯数、气/液密度比以及幂律指数对于液膜破碎的影响.结果表明:在两种模式下,不论剪切变稀流体还是剪切变稠流体,液体的黏性和表面张力都会抑制液膜破碎,而气/液相互作用力则促进液膜破碎.而且,幂律指数越小,液膜射流越容易破碎.同时,尽管非对称模式在液膜破碎过程总是占据主导地位,但是当两种模式的最大扰动增长率的量级同阶时,对称模式对于液膜破碎也起着重要作用.     

加热条件下粘性液膜射流破碎机理的研究

利用线性不稳定性理论，对具有温度梯度的粘性液膜射流模型所对应的色散方程进行了数值求解。利用计算结果，研究了加热条件下反对称模式和对称模式粘性液膜射流大、小尺度破碎模式的破碎机理，探讨了韦伯数(We)、密度比(Q)、Marangoni数(Mα)和Ohnesorge数(x)对液膜射流表面波的最大扰动增长率及占优波数的影响。     

低排放燃烧室空气雾化喷嘴射流破碎特性研究

针对当前广泛应用于低排放燃气轮机燃烧室中的空气雾化喷嘴,采用大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）和流体体积法（Volume of Fluid,VOF）研究了其在流动模糊（Flow Blurring,FB）和流动聚焦（Flow Focusing,FF）模式下射流一次破碎过程的差异。结果表明：两种模式的射流一次破碎过程均可分为3个阶段,气液交界面波动阶段、射流发展阶段和射流破碎阶段;喷嘴内部回流区的演变决定了气液交界面的波动程度,流动模糊模式下射流在后两个阶段的径向速度和形态变化程度均远高于流动聚焦模式,气泡回流过程在其射流破碎阶段占据主导地位,液体管道内气泡分布位置与涡的强度呈正相关。     

幂律流体椭圆形射流破碎的试验研究

基于高速摄影光学试验平台,通过使用4个椭圆度不同的喷孔与两种工质,研究了幂律流体椭圆形射流形貌与破碎的特征.结果表明:与水不同,椭圆孔产生的"轴转换"不稳定现象在幂律液体中整体衰退明显;液体射流速度较小时,椭圆度对破碎长度的影响较小,而后随着射流速度的增大(小于33 m/s),椭圆度对射流破碎的促进作用逐渐增强.轴转换波长与射流速度呈现线性关系,幂律液的波长增长率随着椭圆度的增大而增大.通过试验数据修正了幂律流体椭圆射流形貌模型,并分析了椭圆度、韦伯数、表观雷诺数对于射流不稳定性的影响.     

加热条件下液体燃料射流不稳定性的试验研究

利用自行设计的由高温高压定容系统、阴影法光学系统、数字高速摄像机和同步控制系统组成的试验系统研究了气体介质温度、气体介质密度、启喷压力和喷孔半径等射流参数对液体射流不稳定性的影响。结果表明,液体射流的温度梯度、气体介质密度、射流速度的增加和喷孔半径的减小都是液体射流破碎的失稳因素,对加热条件下液体射流的破碎有显著的促进作用。试验结果证明了由不稳定性理论所给出的预测结论的正确性,表明液体射流的不稳定性理论是研究加热条件下液体射流破碎机理的有效手段。     

脉冲激励对超声速横向射流混合强化模拟研究

对脉冲激励的超声速横向氢气射流混合过程进行三维非稳态雷诺平均(URANS)模拟,湍流模型为k-w SST模型。与无激励措施的混合结果相比,燃料射流喷口下游增加脉冲激励会强化流场中大尺度结构如反向涡对(CVP)与涡对(TCVP),进而增强射流与主流的混合过程。射流穿透深度、混合效率以及总压损失的计算结果表明:当脉冲频率为50 k Hz时,能够更好地提高射流的混合效率;增大脉冲幅值可以明显地增强氢气与空气混合进程,同时总压损失未受脉冲扰动的影响而增加。     

幂律流体环膜射流破碎特征的试验

通过自行搭建的环膜射流试验系统,采用高速摄影技术对牛顿流体(水)与剪切变稀型幂律流体(卡波姆凝胶)环膜射流的破碎模式及破碎特征进行了试验.结果表明:牛顿流体与幂律流体都存在相同的3种射流破碎模式,且两种流体在射流破碎机理上没有本质性的差异.在3种射流破碎模式中,圣诞树状破碎模式下的射流破碎效果最佳,泡状破碎模式次之,波辅助破碎模式下的射流破碎效果最差.且射流破碎效果随卡波姆凝胶黏度的增加而显著恶化;射流的表面波波长随液体速度的增加而增加,随气体速度的增加而减小.与水相比,卡波姆凝胶射流的表面波波长受液体速度的影响更加明显.在高气/液速度比条件下,气/液剪切作用力是影响射流破碎的主导因素.基于环膜射流的理论分析结果和经验公式,提出了量纲为1波长与射流气/液速度、流体流变特性相关联的公式,式中量纲为1波长随参数T的增加逐渐增加.