自激振荡脉冲雾化喷嘴的空化特性研究

基于自激振荡脉冲喷嘴结构及其射流空化特性,建立了射流雾化过程中的液滴高密度区域和低密度区域破碎模型,分析了空化特性对自激振荡射流液滴破碎的影响,得到了影响自激振荡脉冲喷嘴空化特性的主要因素。研究结果表明:自激振荡脉冲射流呈周期性变化的空化特性使喷嘴出口形成超空化,出口处射流低密度区域形成一次雾化,而高密度区域则以液滴二次雾化形式破碎,增强喷嘴空化强度有利于射流雾化;自激振荡脉冲射流系统频率、喷嘴出口锥角以及射流进口压力都影响喷嘴的空化效果。     

自激振荡脉冲喷嘴空化效应及其射流形态的数值分析

基于自激振荡脉冲喷嘴空化效应和多相流模型,建立了自激振荡脉冲射流空化模型。依据自激振荡腔室结构及其几何参数建立了腔室轴对称物理模型,计算得到了振荡周期100ms内自激振荡脉冲射流的空化泡破碎、腔室内两相分布、湍动能分布和速度分布等结果。研究表明：在1.02~2.37ms时,空化泡半径减小,气泡开始径向运动形成泡面加速射流;在2.69~4.67ms时,空化泡面压力达到极限破碎值时气泡开始破碎;在自激振荡周期前25ms,主射流与空气接触边界面形成较强湍动能,自激振荡腔室中心漩涡区逐渐变大,外流场连续射流被割断成多股状射流,射流在喷射轴线附近速度达到并稳定在30~40m/s;在振荡周期的40~90ms,腔室内中心空化气囊形成并开始阻挡主射流运动,喷嘴出口流道出现大面积空化区域,湍动能最大区域集中在下喷嘴出口下游;在振荡后期,随着主射流与空气相互作用及射流贯穿距离增加,主射流速度逐渐趋于稳定且扩散作用减弱。     

自激振荡脉冲射流喷嘴的修正空化模型

根据自激振荡脉冲射流喷嘴中的空化发生机理,一种考虑剪切力(包括雷诺剪切力和粘性剪切力)和由湍动能产生的压力脉动对空化影响的修正空化模型被提出来提高喷嘴内流场的模拟精度。修正空化模型通过用户自定义函数UDF挂入到Fluent中定义空化压力属性。采用该修正空化模型模拟计算所得到的不同入口压力和腔径条件下的喷嘴出口压力峰值与以往的实验结果吻合得很好,验证了该修正空化模型的正确性。进一步对剪切力和由湍动能产生的压力脉动对空化的影响进行了分析,并且研究了不同入口压力条件下这两个因素对空化发生的影响的强弱程度以及空化初生的能力。     

空化喷嘴出口形状的研究

对收缩-扩散型出口空化喷嘴的出口段泡液流稳态解的分析表明：泡液流中很小的空隙率亦强烈地影响着其流动特性。试验证明具有收缩-扩散形出口流道的空化喷嘴的空化效果更好。     

气液同轴自激振荡式雾化喷嘴设计与流场分析

利用气液两相作用力和自激振荡效应产生的脉冲压力能够有效提高喷嘴雾化效果。基于气液二相流原理和自激振荡脉冲射流发生机理,将气液二相流原理和自激振荡雾化效应相结合,创新性地提出了气液同轴自激振荡式喷雾方式,设计出了气液同轴自激振荡式雾化喷嘴模型,并分析了新型喷嘴的射流脉动效果和雾化性能。研究结果表明:增加气液同轴后自激振荡雾化喷嘴内部的能量聚集与释放相比以前更加稳定;在相同条件下,相比原始自激振荡雾化喷嘴,气液同轴自激振荡雾化喷嘴出口轴线上速度脉动增长大约13.9%~31%,出口平均速度峰值提高了约24.3%,流场内部气相体积分数增长约23%~30%;气液同轴自激振荡雾化喷嘴内空化现象明显,流场内的紊流和扰动剧烈,具有良好的雾化性能。     

自激振荡脉冲射流喷嘴的试验研究

主要对实验室实验(振荡腔内流体压力的测定;非淹没射流条件下的实验分析;在淹没和非淹没条件下自激振荡脉冲射流的冲蚀效果;碰撞壁碰撞区域的磨损对自激振荡脉冲射流的影响等)及工业现场实验的主要结果作系统介绍。     

高压细水雾灭火喷嘴的雾化特性研究

高压细水雾灭火系统是采用纯水液压技术的新型灭火装置,具有无环境污染、灭火迅速、用水量少和水渍损失极小等优点,是目前国际上推祟的哈龙替代系统。运用轴对称射流边界层动量积分法,对系统关键执行元件—直射式雾化喷嘴的内部流动进行分析,对边界层厚度δ和加速因子K这两个内部流动参数进行考查;同时对一些与灭火效果有关的外部雾化特性参数如出口速度和雾滴平均粒径SMD等进行分析,得出压力是影响外部雾化特性参数的最关键因素。认为8~9 Mpa是所设计喷嘴的最低稳定雾化工作压力区域。同时,喷嘴结构参数收缩角α、收缩段长度l/d对内部流动参数、外部雾化特性参数均有影响,但不明显。试验验证了上述分析结果,优选出了适合的喷嘴内部结构。     

自激振荡腔空化特性的数值仿真及试验研究

针对空化效应的剧烈程度，采用亥姆霍兹自振腔喷嘴结构，通过引入3项无量纲结构参数比值，探究了一种恒空化强度下自激振荡腔空化器的结构设计方法。基于Fluent对自激振荡腔进行空化数值仿真研究，重点考察3项无量纲结构参数比值对空化的影响，最后通过试验进行验证，并与多孔孔板空化器进行对比。结果表明：自激振荡腔内明显发生剧烈空化，且在入口压力为1 MPa时，结构参数配比为d2/d1=2，D/d2=5~6，D/L=2，空化效果较好。试验结果与仿真结果较为吻合，且在同一等效通流直径下，该自激振荡空化器比多孔孔板空化器的空化效果好，该研究对自激振荡空化器结构的设计与优化提供一定的借鉴。     

压力对喷嘴雾化特性影响的数值模拟

雾化特性是影响喷雾冷却效果的重要因素之一。基于DPM模型,采用数值模拟方法分析液滴速度、直径和雾化液滴数量通量与压力之间的关系。模拟结果表明:工作压力较高时,液滴在计算域内平均停留时间短,速度越大;同一压力条件下,液滴速度主要集中于一定范围之间。液滴直径SMD、VMD及NMD均随压力增大而减小,且其减小的趋势逐渐变缓。液滴数量通量与流量成正比,且与液滴直径呈三次方关系,有益于液滴在指定位置分布更加均匀,雾化效果更好。研究结果得到了压力对于喷嘴雾化的影响规律,为喷雾压力的设定和喷雾效果的优化提供了理论依据。     

煤矿雾化除尘喷嘴的优化研究

针对喷嘴的结构采用Fluent软件数值仿真的方式,对喷嘴结构的雾化效果进行分析.结果表明,增加入口的压力,可以提高出口处的速度,并且喷嘴在各个方向上的速度保持一致.通过采用大口径的喷嘴并应用较大的入口压力,可以增加水雾的喷射速度,从而形成较大的覆盖面积,有效降低矿井内的粉尘浓度.     

两相脉冲爆震发动机头部燃油雾化试验研究

在不同油、气流量下,采用LS-2000激光喷雾粒度分析仪测试了脉冲爆震发动机头部为空心腔体结构、文丘里结构情况下的油滴索太尔平均直径(SMD),并与实验中所采用的直射式喷油嘴雾化结果进行了比较,简要分析了头部几何结构对喷入燃油的二次雾化过程。研究发现,除了喷嘴性能以外,发动机头部几何结构对油滴粒度也具有较为显著的影响,而且设计中应使所采用的喷嘴型式与其相匹配。     

内混式喷嘴雾化特性的试验与仿真研究

利用马尔文测雾仪对内混式喷嘴在不同工况下的雾化特性进行试验研究。根据试验结果,分析气压、水压以及气液比等因素对液滴粒径及均匀性的影响。利用Fluent软件对内混式喷嘴进行数值模拟,研究喷嘴混合段以及外流场的粒径变化。结果表明:随着气压、气液比的增加,喷嘴的雾化粒径减小,且气压为主要影响因素;内混式喷嘴内部粒径先增大后减小,在喷嘴出口处锐减,外流场中粒径沿轴向方向逐渐增大;将喷嘴出口处模拟粒径与实验结果对比,粒径大小及其变化趋势吻合较好。     

撞击型喷嘴雾化特性的试验研究

选用撞击型雾化喷嘴AM4进行雾化特性试验,研究了喷嘴背压对雾化液滴尺寸及分布的影响。研究发现,雾化液滴的直径随喷雾压力的增大而减小,但喷雾压力有其临界范围,该压力更有利于空气与液滴的热质交换。利用最小二乘法拟合出喷嘴雾化液滴的经验关联式,整理成韦伯数和雷诺数的函数关系,可用来预测喷嘴出口粒子的直径。     

基于CFD的端面空化对液膜密封稳态特性影响研究

基于满足质量守恒的空化模型,利用CFD FLUNET软件建立螺旋槽液膜密封端面三维模型,探讨螺旋槽结构参数对密封端面空化产生的影响规律,分析端面空化对密封端面间流体膜的开启力、液膜刚度、泵送率等的影响。结果表明:以液膜中气相体积分数变化为判据,空化效应随槽深和槽数的增加而增强,随槽径宽径比的增加呈现先增强后减弱的趋势,但随螺旋角的增加而减弱;考虑空化效应后,液膜开启力和泵送量的数值与未考虑时有所降低,但变化趋势基本一致,而液膜刚度在一定的螺旋槽结构参数范围内波动较大,影响液膜的稳定性。因此,端面空化易导致密封失效。     

配备下限流导液管的环缝喷嘴雾化能力研究

高品质金属粉末是众多制造领域中的基础材料,微细粉末成型的关键技术在于气雾化制备阶段,而喷嘴及导液管结构和雾化工艺参数对气雾化粉末的质量有重要影响。基于高速射流流体动力学的数值模拟方法研究了雾化压力、雾化气体温度、导液管下口直径与伸出长度对配备下限流导液管环缝喷嘴雾化能力的影响,通过喷盘流场检测验证模型的可靠性。结果表明：环缝喷嘴装配下限流导液管临界入口压力为128.1 kPa,雾化压力2.0 MPa时既能有效增大雾化腔内的气体最大速度和降低最低温度,又能防止过高压力造成返喷而影响气雾化顺行。此外,在极限雾化压力2.0 MPa下,通过增大雾化气体温度、下限流导液管下口直径由5 mm降低至1 mm以及伸出长度由0 mm增大至2 mm均能继续提升气液质量流速比而提升其雾化能力。生产实践也证实了模型的预瞻性,在此优化工艺下生产顺行且粉末粒度D50仅为23.84μm。     

不同燃油温度下柴油机喷嘴空穴流动特性试验研究

作为喷射系统的终端,喷油器内部的空穴流动对燃油雾化具有重要影响。采用比例放大透明喷嘴,研究不同燃油温度对喷嘴内空穴流动及其对近场喷雾的影响。引入无单位参数空穴数表征喷油器内燃油空化程度,研究发现燃油温度升高,其空穴初生时的压力减小,同一空穴数下,空穴程度更强烈。同时,试验观察到喷嘴内空穴区域的不对称性,喷孔管壁下壁面的空穴分布远大于上壁面的空穴分布;发生超空穴之后,随着空穴数的增加,试验结果中喷嘴内部的空穴流动变化不太明显,但仿真结果中看出喷孔出口流速减小。相同燃油温度下,随着空穴数增加,体积流量增加,流量系数减小,空穴相对面积增加,近场喷雾锥角增大;相同空穴数下,燃油温度增加使体积流量和流量系数都增加,空穴相对面积逐渐增大,近场雾化效果更好。     

基于CFD的喷嘴结构对高压水射流反推特性的影响

喷嘴作为无人机新型射流反推弹射的重要元件,其结构参数对无人机弹射动态特性具有重要影响.以圆柱形、圆锥形和余弦形结构的喷嘴为研究对象,基于CFD建立不同结构喷嘴射流流动的数学模型,采用VOF多相流模型和k-ε湍流模型等对不同结构喷嘴射流流态进行数值模拟,获得不同结构喷嘴内外壁面的压力场、速度场分布,对比分析喷嘴结构特征和...     

基于FLUENT的喷嘴挡板式电-气压力伺服阀的数值计算和试验研究

以一种单级喷嘴挡板式电-气压力伺服阀为研究对象,运用Fluent软件对其喷嘴挡板级内部流场进行数值计算,分析了不同喷嘴孔径大小对电-气压力伺服阀控制腔压力特性的影响,并结合试验对数值计算结果进行了验证,试验验证与数值计算结果较为一致,为喷嘴挡板式电-气压力伺服阀的工程设计提供了参考.