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．     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

液体燃料射流最不稳定频率的理论分析(1)--液体燃料射流的最不稳定频率及无量纲数的影响

利用线性不稳定性理论,对粘性液体燃料射流射入气体介质的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,分析了液体燃料射流不稳定性研究中的3个最重要的无量纲参数韦伯数We、雷诺数Re及密度比Q,对分别处于瑞利模式和泰勒模式下的液体射流的最不稳定频率及对应的最大扰动增长率的影响.结果表明,在不同的射流模式下,这3个无量纲数对液体射流最不稳定频率的影响是不同的,在这两种射流模式下,射流系统具有不同的频率特征.     

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。     

液体燃料射流最不稳定频率的理论分析（1）——液体燃料射流的最不？…

利用线性不稳定性理论,对粘性液体燃料射流射入气体介质的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,分析了液体燃料射流不稳定性研究中的３个最重要的无量纲参数参韦韦伯数Ｗｅ、雷诺数Ｒｅ及密度比Ｑ,对分别处于瑞利模式和泰勒模式下的液体射流的最不稳定频率及对应的最大扰动增长率的影响。     

加热条件下泰勒模式液膜射流破碎的模式特征研究

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，利用所得到的结果，研究了加热条件下泰勒模式粘性液膜射流破碎的模式特征以及无量纲Weber数、密度比、Marangoni数和Ohnesorge数对不同模式特征液膜射流的最大扰动增长率、占优波数和截止波数的影响。研究结果表明，依照不同的物理条件，液膜射流的破碎会呈现出由对称模式和反对称模式共同控制或分别控制的模式特征来。     

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.     

Ignition and heat radiation of cryogenic hydrogen jets

In the present work release and ignition experiments with horizontal cryogenic hydrogen jets at temperatures of 35–65 K and pressures from 0.7 to 3.5 MPa were performed in the ICESAFE facility at KIT. This facility is specially designed for experiments under steady-state sonic release conditions with constant temperature and pressure in the hydrogen reservoir. In distribution experiments the temperature, velocity, turbulence and concentration distribution of hydrogen with different circular nozzle diameters and reservoir conditions was investigated for releases into stagnant ambient air. Subsequent combustion experiments of hydrogen jets included investigations on the stability of the flame and its propagation behaviour as function of the ignition position. Furthermore combustion pressures and heat radiation from the sonic jet flame during the combustion process were measured. Safety distances were evaluated and an extrapolation model to other jet conditions was proposed. The results of this work provide novel data on cryogenic sonic hydrogen jets and give information on the hazard potential arising from leaks in liquid hydrogen reservoirs.     

Numerical predictions of cryogenic hydrogen vertical jets

Comparison of Computational Fluid Dynamics (CFD) predictions with measurements is presented for cryo-compressed hydrogen vertical jets. The stagnation conditions of the experiments are characteristic of unintended leaks from pipe systems that connect cryogenic hydrogen storage tanks and could be encountered at a fuel cell refueling station. Jets with pressure up to 5 bar and temperatures just above the saturation liquid temperature were examined. Comparisons are made to the centerline mass fraction and temperature decay rates, the radial profiles of mass fraction and the contours of volume fraction. Two notional nozzle approaches are tested to model the under-expanded jet that was formed in the tests with pressures above 2 bar. In both approaches the mass and momentum balance from the throat to the notional nozzle are solved, while the temperature at the notional nozzle was assumed equal to the nozzle temperature in the first approach and was calculated by an energy balance in the second approach. The two approaches gave identical results. Satisfactory agreement with the measurements was found in terms of centerline mass fraction and temperature. However, for test with 3 and 4 bar release the concentration was overpredicted. Furthermore, a wider radial spread was observed in the predictions possibly revealing higher degree of diffusion using the k-ε turbulence model. An integral model for cryogenic jets was also developed and provided good results. Finally, a test simulation was performed with an ambient temperature jet and compared to the cold jet showing that warm jets decay faster than cold jets.     

Visualization of hydrogen jet evolution and combustion under simulated direct-injection compression-ignition engine conditions

The evolution and combustion of H₂ jets were investigated in an optically-accessible constant-volume chamber under simulated direct-injection (DI) compression-ignition (CI) engine conditions. The parameters varied include injection pressure (84–140 bar) and ambient temperature (1000–1140 K). A detailed characterization of the injector system and the ensuing jet penetration process is reported first. High-speed schlieren imaging, OH1 chemiluminescence imaging and pressure trace measurements were subsequently used to investigate the auto-ignition and combustion of the H₂ jets. The results show that the ignition delay of H₂ jets under such conditions is sensitive to ambient temperature variations, but not to injection pressure. Optical imaging reveals that the combustion of H₂ jets mostly initiated from a localized kernel, before spreading to engulf the whole jet volume downstream of ignition location. The imaging also indicates that after ignition, the flame recesses back towards the nozzle and appears to attach to the nozzle to form a diffusion flame structure.     

受激液体射流的非轴对称模式

利用液体射流破碎的线性不稳定性理论，研究了受激液体射流特有的“局部频段非轴对称模式占优”现象，由一系列理论计算结果，得到了Re-We平面上的相应临界曲线，并根据这些曲线得出了受激液体射流出现非轴对称模式结构特征的物理条件。计算结果还表明，受激液体射流和自由液体射流的临界曲线有明显不同。初步的实验观察结果证实了理论的预测。     

射流参数对旋流雾化的影响

本文利用线性不稳定性理论,分析了无粘旋转液体射流射入无界气体介质中的破碎机理。通过改变各项射流参数,着重分析了液体旋流数对射流分裂雾化的影响,同时也探讨了与各种射流条件相对应的射流分裂雾化的主导模式。其研究结果可为旋流在工程实际中的应用,特别是在直喷式汽油机中的应用提供了一定的理论依据。     

燃气轮机燃烧室液雾自燃延迟时间预测方法

为减少一体化加力燃烧室内支板火焰稳定器高度与进口试验参数较高所导致的昂贵基础试验成本,采用经试验数据验证的数值计算方法,对不同高度的一体化模型加力燃烧室燃烧性能进行数值模拟,分析模型加力燃烧室高度变化和侧壁边界层效应对一体化加力燃烧室回流区、总压恢复系数以及燃烧效率的影响。在保持空间油雾场分布均匀与阻塞比一致的前提下,简化扇形加力燃烧室模型为矩形加力燃烧室模型,其中模型加力燃烧室高度H分别为200,150和100 mm,总长L=1 480 mm,宽B=125 mm。结果表明：模型加力燃烧室高度的降低对燃烧性能影响较小,其中回流率最大降幅为0.16%,总压恢复系数最大降幅为0.15%,燃烧效率的最大降幅为1.9%;模型加力燃烧室侧壁面边界的引入对燃烧性能影响较小,回流率、总压恢复系数最大降幅均小于1%,燃烧效率的最大降幅仅为0.7%;可以采用单支板火焰稳定装置降低高度的方法简化试验件设计。     

半封闭狭窄通道内甲烷/空气预混火焰传播不稳定性实验研究

针对贫油预混预蒸发燃烧室主燃级中横喷液雾现象进行研究,综合考虑RP-3航空煤油横喷液雾的雾化、蒸发和自燃过程构建自燃预测模型,基于CH基团随时间的变化规律对自燃延迟时间进行预测。结合试验测试结果对模型进行校验,并进一步分析温度、压力、流速、射流动量比等变量对自燃延迟时间的影响规律。结果表明：对于直射式喷嘴形成的横喷液雾,其下游的油气分布主要受射流动量比和流动速度的影响,射流动量比决定了液雾的总体油气比,流动速度则主要影响液滴的粒径及其蒸发时间;随着压力、射流动量比及气流速度的增加,自燃延迟时间均会缩短,相比于预混燃料液雾的自燃延迟时间受负温度效应的影响较弱。