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.     

同轴旋转可压缩气流中黏性液体射流形态研究

采用射流线性稳定性分析方法,考虑液体黏性、周围气流的同轴旋转运动以及可压缩性的条件下,建立了描述同轴旋转可压缩气流中黏性液体射流的数学模型,并进行了验证,研究了气流量纲为1旋转强度以及流体物性对液体射流不稳定形态的影响．研究表明：周围气流的旋转速度较小时,对射流起促稳作用,继续增大气流量纲为1旋转强度,开始对射流起促分裂作用;且随着气流旋转强度的增大,射流扰动沿周向方向发展,射流柱变的高度不对称．在研究参数范围内,气体可压缩性和气/液密度比均能促进射流的失稳,并会影响射流空间形态,尤其是在周向方向上能够改变射流的占优模式,增强射流的不对称性;液体黏性以及表面张力对射流均具有增强稳定性的作用．     

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。     

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.     

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.     

气泡雾化喷嘴颗粒平均直径经验公式的拟合

通过对有关气泡雾化喷嘴实验数据的系统归纳，分析了影响气泡雾化喷嘴雾化特性的主要因素，如气液质量流量比、液体质量流量、出口直径、相对速度、液体表面张力和粘性系数、气体密度等。利用因次分析方法得到了气泡雾化现象的相似准则关系，并利用最小二乘法对颗粒平均直径dm经验公式进行了拟合，拟合结果与实验数据符合良好。     

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.     

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。     

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。     

柴油机喷孔内部空化效应的可视化实验研究

柴油机喷孔内空化现象显著影响燃油雾化质量.针对目前广泛应用的VCO型喷嘴,设计大尺度透明喷嘴稳态实验系统,全面研究了无量纲数、雷诺数、喷嘴射流参数和结构参数对喷嘴内空化过程的影响.结果表明,空化数对空化剧烈程度影响显著,雷诺数对空化剧烈程度影响小于空化数;射流参数直接影响流体流动状态,增大入口压力、减小出口压力和针阀升程能使喷孔内的空化现象显著增强;结构参数决定喷孔内流动形式,增大喷孔倾角、直径和长径比,采用入口圆角等措施会抑制空化的产生.     

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。     

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。     

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。     

Nozzle flow and atomization characteristics of ethanol blended biodiesel fuel

This study was conducted to investigate the injection and atomization characteristics of biodiesel–ethanol blended fuel. The injection performance of biodiesel–ethanol blended fuel was analyzed from the injection rate characteristics using the injection rate measuring system, and the effective injection velocity and effective spray diameter using the nozzle flow model. Moreover, the atomization characteristics, such as local and overall SMD distributions, overall axial velocity and droplet arrival time were analyzed and compared with these from diesel and biodiesel fuels to obtain the atomization characteristics of biodiesel–ethanol blended fuel.It was revealed that ethanol fuel affects the decrease of the peak injection rate and the shortening of the injection delay due to the decrease of fuel properties, such as fuel density and dynamic viscosity. In addition, the ethanol addition improved the atomization performance of biodiesel fuel, because the ethanol blended fuel has a low kinematic viscosity and surface tension, then that has more active interaction with the ambient gas, compared to BD100.     

液体燃料射流量不稳定频率的理论分析（2）——射流参数对最不稳定？…

利用对色散方程的数值计算结果，分析了实际射流参数如射流速度，液体种类，喷孔半径，液体粘度，介质压力等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其最大扰动增长率的影响。结果表明，在不同的射流模式下，实际射流参数对液体射流最不稳定频率的影响是不同的。并对受激液体射流现象进行了初步试验观察。     

双毛细管静电雾化模式及雾化特性实验研究

通过可视化实验研究了双毛细管静电雾化现象。以无水乙醇为介质,使用PDIA、PIV和高速摄影方法测量和分析了雾化模式和液滴的粒径分布、径向与轴向速度分布和锥角变化。结果表明,当改变流量与电压时,静电雾化呈现滴状、纺锤状、脉动射流、稳定锥射流、多股射流等多种雾化模式。因流量与电压的变化导致单位表面荷电量变化,进而变化了表面张力使得各处粒径大小发生改变,发现双毛细管雾化粒径分布规律呈近似M型,雾化状态越稳定粒径波动越小,且粒径远小于单毛细管雾化粒径以及雾化范围更广。液滴径向速度分布呈线性,雾化状态越稳定线性关系越强,液滴与毛细管末端距离对径向速度近无影响,流量对轴向速度影响远大于电压。液锥锥角在稳定锥射流模式最小,脉动模式锥角达到最大。