同轴旋转可压缩气体中液体射流形态

基于非线性稳定性理论,在同时考虑射流周围气体同轴旋转、射流和周围气体可压缩性以及射流液体中含空化气泡的条件下,建立了描述同轴旋转可压缩气体中含空泡液体射流稳定性的色散方程,并验证了色散方程及其求解方法的正确性.在此基础上,进行了同轴旋转可压缩气体中含空泡液体射流形态的研究.结果表明:周围气体的同轴旋转改变了射流表面的占优扰动模式,即扰动模式由轴对称扰动占优转变为非轴对称扰动占优;随着气体同轴旋转强度的增加,射流周向形态的变化越来越明显,射流表面会逐渐形成越来越多凹凸不平的波纹.射流及其周围气体的可压缩性对射流周向形态的影响不明显,但会对射流的轴向形态产生一定作用.总体上看,空泡的存在对射流形态的影响弱于气体同轴旋转的影响.通过研究进一步完善了液体射流稳定性数学模型,加深了对液体射流分裂与雾化机理的理解.     

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.     

具有线性温度分布的射流失稳研究

基于线性稳定性理论,针对具有线性温度分布的液体射流分裂过程,建立了射流扰动控制方程,给出了扰动方程在气/液分界面上应满足的边界条件,推导出了描述存在温度扰动的圆柱形液体射流自由表面三维扰动发展的色散关系;模型中同时考虑了空化气泡、射流周围气体的旋转以及射流和周围气体的可压缩性;对建立的数学模型及相应的求解方法进行了验证.在此基础上,分析了非轴对称扰动下具有线性温度分布的射流表面扰动波数和扰动增长率的演化,讨论了存在温度扰动时,空化气泡、气体旋转以及射流和气体可压缩性对射流稳定性作用的变化.结果表明:温度扰动的存在不仅会对液体射流稳定性产生较大影响,使得最大扰动增长率明显增大,扰动波波数范围显著拓宽,而且还会对空化气泡、气体旋转以及射流和气体可压缩性对射流稳定性的作用产生一定的影响.     

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。     

旋转气体介质对环膜液体射流破碎不稳定性影响的研究

利用线性不稳定性理论研究了旋转气体介质对黏性环膜液体射流破碎的影响。研究结果表明,无论是轴对称模式还是非轴对称模式,由液体环膜内部气体介质旋转所产生的离心力是液体射流的失稳因素,有助于液体射流的破碎。另外,由液体环膜外部气体介质旋转所产生的离心力是液体射流的促稳因素,不利于液体射流的破碎。当相同强度的旋转同时存在于内部和外部气体介质中时,对于轴对称模式,内部气体介质的影响显著,而对于非轴对称模式,则外部气体介质的影响更为明显。通常情况下,非轴对称模式的扰动增长率强于轴对称模式的扰动增长率,因此会在环膜液体射流的破碎中占据主导地位。     

旋流喷射液滴粒径与速度数量密度分布

建立了圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数;在此基础上,对压力旋流燃油喷射破碎液滴粒径和速度的数量密度分布特性以及碰撞和蒸发对破碎液滴粒径数量密度分布的影响进行了研究.结果表明:从液滴粒径数量密度分布角度看,存在一旋转强度,小于该旋转强度时,旋转不利于射流破碎雾化,只有超过该旋转强度后,旋转才会促进射流破碎雾化,轴向速度增大有利于射流破碎雾化;从液滴速度数量密度分布角度看,旋转总是有利于射流破碎与雾化,轴向速度增大对促进射流破碎雾化作用不明显;碰撞强度增加,破碎液滴粒径数量密度分布向粒径增大方向移动,粒径数量密度分布范围增大,粒径数量密度分布峰值变化不大;蒸发强度增大或蒸发持续时间增长,破碎液滴粒径数量密度分布向粒径减小方向移动,粒径数量密度分布范围增大,粒径数量密度分布峰值变化不大.     

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．     

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。     

气体旋转运动对环膜液体射流不稳定性影响的研究

环膜液体射流的破碎机理研究对于GDI汽油机的雾化过程具有重要的意义。利用线性不稳定性理论研究了旋转气体运动对低阶和高阶模式黏性环膜液体射流破碎的影响。对于色散方程的数值计算结果表明,无论是对称模式还是非对称模式,低阶模式的扰动增长率通常较之高阶模式要大得多,但较之低阶模式扰动,高阶模式对气体旋转运动更为敏感。研究结果同时表明,对于非对称模式,无论是低阶模式还是高阶模式的扰动,气体旋转运动都是液体破碎的失稳因素;对于对称模式,气体旋转运动是低阶模式扰动的促稳因素,然而却是高阶模式扰动的强烈的失稳因素。     

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.     

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。     

"Bump燃烧室"内新概念稀扩散燃烧混合气形成机理的研究

基于自行研制的实验装置,用片状激光诱导荧光法(PLIF)对普通商用柴油喷雾的撞壁混合过程进行了实验研究,并用CFD数值分析软件对其进行了模拟计算,二者结果基本吻合．平板和实际燃烧室的实验及计算结果均表明,撞壁射流在遇到限流沿(Bump)后会剥离壁面,形成二次空间射流,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率,出现与周围空气迅速混合的“闪混”现象,减少壁面燃油堆积量．计算结果还表明,Bump的存在改变了缸内气流运动的流场结构,Bump附近旋向相反的“双涡结构”极大地增强了二次空间射流对周围空气的卷吸,促进了燃油与空气的混合,是Bump燃烧室内稀混合气形成及稀扩散燃烧的关键所在．     

蒸发液体射流表面三维不稳定色散方程的建立

讨论了蒸发黏性液体射流的不稳定性问题。假设环境介质的运动为势流运动,基态射流为流速恒定的平行流。对液体射流表面扰动采用简正模态分析法,并以贝塞尔函数的形式表达气相和液相控制方程的解,在射流边界上考虑液体蒸发速率对不稳定性的影响,建立了基于时间模式的射流三维不稳定扰动的色散方程,并对色散方程进行了无量纲化处理,论述了该色散方程对以往所建色散方程的兼容性,以此推进液体射流雾化机理的研究。     

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。     

角置射流偏转的分析模型及应用

通过对角置切向燃烧炉膛中燃烧器射流微元体的受力分析,推导出燃烧器射流微元体运动的动量方程,从而建立了射流偏转的理论分析。此外,还分析研究了直流燃烧器喷口宽度,假想切圆直径,射流速度,炉内气流的旋转直径,间隙率,炉膛切角等因素对燃烧器射流偏转的影响规律。     

端壁运动对自发射流抑制叶尖泄漏影响的数值研究

通过数值手段分析了端壁运动对带有叶尖自发射流的叶栅流场特性、叶顶间隙泄漏流量特性及叶片周向载荷分布特性的影响。结果表明:端壁运动的反向刮削作用会显著影响间隙附近流场,随着端壁运动速度增大,泄漏涡和上通道涡会逐渐向叶片吸力面靠近,同时,泄漏涡强度逐渐削弱,而上通道涡强度逐渐增强,平均总压损失增大;端壁运动对叶尖自发射流抑制泄漏流的效果有放大作用;端壁运动会显著改变叶尖吸力面附近静压系数的分布,使其具有后加载的特性。     

同轴气流引射式喷嘴流动特性数值研究

采用RNG k-ε湍流模型,结合混合双流体模型对同轴气流引射式喷嘴的内部流动特性进行了数值模拟,考察进气压力对喷嘴流动特性的影响,得到气液流量变化规律,并与试验结果进行了对比,验证了模型的可靠性。研究结果表明,由于同轴气流引射式喷嘴内部存在中心负压区域,实现了对液体的引射。随着进气压力增大,喷嘴出口的湍动能增大,液体体积分数减小,气液混合效果增强,有利于提高雾化质量。液体流量随着进气压力的增大呈先增大后减小的变化趋势,因此,进气压力需要控制在合理范围内。     

超声速气流中液体横向脉冲射流一次破碎的大涡模拟

为改善超燃冲压发动机液体燃料的雾化和混合效果,提出一种液体横向脉冲喷入超声速气流的喷注方式,并进行数值计算以探究射流脉动对一次破碎的影响.使用两相流大涡模拟(LES)算法计算超声速气流中液体的雾化,使用CLSVOF方法追踪气液界面,可压缩流动求解器求解气相,不可压缩求解器求解液相.结果表明:脉冲射流的表面破碎和液柱破碎都得到了增强,射流破碎长度显著缩短,在所研究的脉冲频率方案下,脉冲引起的不稳定性会替代Rayleigh-Taylor不稳定性,主导射流一次破碎;由于射流速度的脉动,脉冲射流的穿透深度相比于稳态射流可以提高20%,尾迹区宽度可以扩大25%,展现了更好的雾化和混合效果.     

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。     

高速煤粉射流火焰形态特征的实验研究

利用Hencken型平焰燃烧系统开展了高速煤粉射流燃烧实验,并结合煤粉射流火焰形态图谱对其火焰形态及主要影响因素进行分析.结果表明,射流速度提高促使煤粉火焰形态从群燃火焰向分散燃烧转变,在高速下呈现出较短、较暗的煤粉火焰,其中煤粉质量浓度下降和流场卷吸掺混增强均有影响.高Re数受限射流会引发强烈壁面回流,并裹挟边壁落粉...