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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

气泡雾化喷嘴雾化性能的试验研究

在竖直向下喷射方式下,对三种不同结构尺寸的喷嘴的雾化特性及性能进行了试验研究。试验在常温常压下进行,液体采用水,雾化气为压缩空气,采用PIV技术来测量雾化颗粒的平均粒径。试验结果表明:增大气液质量流量比;增大空气注入截面积;在喷嘴的最大流量范围内,增大液体流量均可提高雾化质量。     

船用SCR系统尿素溶液喷嘴试验分析比较

为研究并寻求能够满足柴油机各运行工况下的SCR尿素水溶液喷射系统开展了喷嘴雾化试验。试验分别研究了空气辅助雾化和单流体纯液两种喷嘴,在不同的压力、流量、测量位置及在有风速情况下的雾化效果,包括雾化颗粒平均直径、雾化角等特性参数。研究表明:相比单流体纯液喷嘴,空气辅助雾化喷嘴更具优势。     

大流量标准Y型喷嘴内部流动特性的数值模拟

采用计算流体动力学方法对大流量标准Y型喷嘴内部的流动特性进行了数值模拟,通过计算获得了喷嘴内部的流动特性,并研究了气耗率变化对喷嘴出口流动状态的影响。结果表明:当气耗率较小时,喷嘴出口表现出环状流特征;当气耗率较大时,出现类雾状流特征;进一步增大气耗率对气液掺混效果改善作用有限。数值计算获得的流量数据与试验结果吻合较好,液流量相对误差小于5%,气流量相对误差小于10%。     

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。     

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.     

船用柴油机高压喷嘴空穴流动的瞬态数值分析

利用CFD软件对某型船用柴油机高压喷嘴内部的瞬态流动进行了数值研究,计算得到了不同喷孔参数和不同共轨压力下喷嘴内部的液相速度、压力、湍动能以及气相体积分数（空穴）的分布情况。结果表明,在相同轨压下小孔径喷孔可以加强液柱表面的初始扰动水平,增强液柱的初次破碎能力,有利于燃油雾化;高的共轨压力加大了气液两相间的相对速度,有助液柱的初次破碎。     

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     

低压力大流量喷嘴液膜射流破裂长度

对脱硫塔内用低压力大流量喷嘴的液膜破裂长度进行了实验研究，采用影像法考察了速度、喷嘴出口缝隙高度等对液膜长度的影响．结果表明：在无外界强烈扰动情况下，液体流量超过一定值时，其产生的液膜将发生随机性破裂，且液膜外边界变得模糊；通过实验考察了Re数、We数和Oh数对喷嘴液膜射流破裂长度的影响，在此基础上提出了适合脱硫塔中喷嘴的液膜射流破裂长度的关联式．     

喷淋脱硫塔喷嘴外流动数值模拟与实验研究

建立了一个喷淋脱硫塔喷嘴数值模型,研究了影响喷淋脱硫塔内气液传质的喷淋液流量与液膜平均破裂长度、喷嘴初始喷射角、液滴平均粒径的关系。设计了专门的测试平台和单匝螺旋喷嘴,采用快速CCD和数码照相机拍照对液膜和液滴运动进行了测试和分析。模型计算和实验结果均表明:液膜平均破裂长度随喷淋液流量加大而减小;液滴平均粒径减小随喷淋液流量加大而减小;在喷嘴出口缝隙高度等于4.25 mm时,随流量的增大,喷嘴的喷射角随流量的增大反而变小,大于4.25 mm后,在同一喷嘴缝隙高度下,喷射角随喷嘴流量的增加而增加。     

航空煤油/乙醇混合燃油旋转锥形液膜表面波波长研究

目前关于航空煤油旋转锥形液膜雾化特性研究较多,在航空煤油/乙醇混合燃油雾化特性方面研究较少.为此,本文主要研究了乙醇体积分数对于离心喷嘴出口处航空煤油/乙醇混合燃油液膜厚度和破碎处表面波波长的影响.基于数值模拟和经验公式相结合的新方法得到航空煤油/乙醇混合燃油在喷嘴出口处的液膜厚度,当压差为0.1～1.0 MPa,混合...     

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。     

脉动压力下旋流喷嘴流动特性的数值模拟

对旋流喷嘴在脉动压力作用下的内部流动进行了数值模拟,分析了瞬时流量、平均流量、雾化角、脉动压力与瞬时流量间相位差随脉动压力频率的变化规律．结果表明：瞬时流量和雾化角均呈现与脉动压力频率相同的周期性变化,且瞬时流量与雾化角之间相位相差一个兀角;喷嘴出口的平均流量随脉动压力频率的变化呈振荡变化,其变化规律比较复杂．     

液包式雾化喷嘴出口锥角优化实验研究

液包式雾化喷嘴是一种新型脱硫雾化喷嘴,其出口锥角直接影响其雾化性能。采用图3所示实验台架,选用喷嘴出口锥角开展实验,并利用Winner318型激光粒径分析仪,进行了雾化特性试验。结果表明,内锥角的变化对雾化角的影响明显,而外锥角的变化对雾化角基本无影响;内、外锥角的改变对平均雾化粒径基本无影响,喷嘴的雾化角和平均雾化粒径随着气液压力比的增大而减小,当气液压力比达到1.5后,气液压力比的影响作用降低。     

一种新型液包气雾化喷嘴流场特性的研究

基于CFD技术对一种新型液包气雾化喷嘴内部的气液两相流流场进行了数值模拟,分析了该喷嘴内部气液两相流的流动特性,得到气相和液相入口压力对气液两相流流动特性的影响,并结合试验数据对模拟结果进行了验证.结果表明:当气相和液相入口压力在0.1～0.5 MPa变化时,喷嘴的出口湍流强度随气相和液相入口压力的提高而增大;提高气相入口压力有利于减小雾化粒径;提高液相入口压力有利于提高雾化粒径的均匀性.     

逆喷型低氮重油油枪的试验研究

为解决常规重油枪雾化性能差、氮氧化物排放高等问题,采用气液逆向接触的气体辅助雾化喷嘴形式,通过正交试验法获得不同结构形式下喷嘴的流量特性及雾化特性,开发出逆喷式单喷嘴结构,在此基础上采用低NOx燃烧技术进行单喷嘴组合获得油枪,并进行整枪的冷态及燃烧试验,最终开发出逆喷型的油枪。试验结果表明:逆喷型喷嘴的雾化粒径优于传统喷嘴,雾化粒径可达到50μm;雾化粒径随气耗率的增大而降低,气耗率超过20%时,继续增大气耗率对雾化粒径影响不明显;拟合出了油枪的流量特性公式;低NOx组织的油枪比普通油枪的NOx排量低26.7%。