合成气低旋流燃烧器设计与流动结构的分析

设计了一个合成气低旋流燃烧器,采用PIV技术对不同负荷下的冷态流场进行了测量,并比较分析了不同中心射流流速对旋流流场的影响.结果表明:流场中出现中心回流区时的旋流数与中心流速无关,高旋流与低旋流的分界点为S＝0.7;流场中的轴向速度、径向速度和湍动能均关于燃烧器中心轴线对称;中心轴线上无量纲轴向速度的分布与中心射流流速(负荷)无关,燃烧器出口下游形成一个发散低速区,有利于稳定充分燃烧;随中心射流速度的增大,径向速度成正比增大,湍动能明显增加.     

入流条件对同轴射流旋流燃烧室内湍流流动模拟的影响

应用一种新的代数Reynolds应力模型对同轴射流旋流燃烧室内两股射流为同向旋转和反向旋转条件下的湍流旋流流动进行了数值模拟。为得到合理的流场分布结果，研究了入流条件对同轴射流旋流燃烧室内湍流流动模拟结果的影响。计算中对旋流燃烧室进口处两股旋转射流的轴向与切向速度采用了均匀分布和实验测量分布两种方式来给定。将两种进口速度分布条件下得到的燃烧室内气体轴向与切向速度分布计算结果与实验数据进行了比较。     

横向流速度对旋流式喷嘴雾化影响的数值分析

为了研究横向流速度对旋流式喷嘴雾化的影响,通过对旋流式喷嘴在横向流场中的雾化场进行数值模拟;模拟结果给出了喷雾流场随横向流速度变化的规律,并得到了不同横向流速度下喷雾液滴的索特平均直径（SMD）,进一步分析了喷嘴出口下游截面雾化粒径的分布情况。     

可燃射流在自由空间中的扰动旋流扩散火焰的积分分析

本文根据空气动力学原理对可燃气体射流在自由空间中的扰动旋流扩散到出运动方程式,并应用某些冷态实验数据采用积分近似方法得到的近似数学解,描述了射流速度、密度、温度、压力和化学妞成的分布,并推论出旋转可燃射流较无计可燃射流加强了射流宽度的伸展.缩短了射流长度和提高了温度水平.     

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。     

基于横向射流的旋流燃烧器热声不稳定控制

为研究横向射流控制旋流燃烧器内自激热声不稳定的机理,搭建了旋流燃烧器热声不稳定控制试验台架,分别采用了横向射流(JICF)和横向火焰射流(JFCF)研究了空气流率为1.333.3 mL/s、化学当量比为0.9、旋流强度为0.77时旋流燃烧器的热声不稳定控制作用.试验发现横向射流能够大幅度降低旋流燃烧器的热声不稳定强度,而且横向射流所占用的空气流率比例小.当横向射流空气流率比例XJICF为6%时,热声不稳定的有效压力振幅从1.712.Pa降到185.Pa,降低了89.2%.另外,横向射流的控制作用远远优于横向火焰射流,横向火焰射流需要在燃料流率比例XJFCF50%,时才能获得大于32.5%的控制效果.     

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。     

预热温度对于混合喷吹O2+CO2旋流氧枪喷头射流特性的影响

氧枪是转炉炼钢工艺最主要的设备之一,氧枪性能对于冶炼指标影响较大.使用Ansys Fluent软件对四孔旋流氧枪喷头射流进行数值模拟,设定喷吹气体介质为90％O2+10％CO2,调整混合气的预热温度,分析不同预热温度对旋流喷头射流特性的影响.结果表明,在相同喷吹距离条件下,预热温度越高,射流轴向速度越大,射流径向速度最...     

甲烷/空气典型混合模式在约束空间内的燃烧特性研究

燃料质量浓度分布在一定程度上影响混合气体的燃烧效率,能使燃气充分混合的同轴射流、旋片同轴、轴切结合、切向旋流等典型混合模式在航空发动机、燃气轮机及火箭发动机等先进燃烧技术应用中较为常见。因此,设计了甲烷/空气部分预混的燃烧实验装置,较为系统地实验研究了旋流数和轴向流速对混合气体在约束空间燃烧室内燃烧特性的影响。结果表明：对于有中心射流的混合结构,燃气轴向流速较低时产生黄色火焰,增大轴向流速,黄色火焰转为蓝色湍流火焰,且温度分布趋于均匀;纯切向旋流燃烧器的掺混效果较好,受燃气轴向流速的影响小,火焰结构稳定,均为蓝色火焰,温度轴/径向分布均匀且趋势一致,同当量比下燃烧产物中的污染物体积分数最小。     

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.     

Liquid jet in a subsonic gaseous crossflow: Recent progress and remaining challenges

This article reviews published literature on the characteristics of a liquid jet injected transversally into a subsonic gaseous crossflow. The review covers the following aspects: (і) liquid jet primary breakup regimes, (іі) liquid jet trajectory and penetration, (ііі) liquid jet breakup length, and (іv) droplets features and formation mechanisms. The focus is on analyzing the role of different prominent parameters which include gaseous and liquid properties, and liquid injector geometry. The review revealed that gas Weber number plays a crucial role in defining non-turbulent primary breakup regimes, while liquid jet Weber number is of great importance for the transition to turbulent primary breakup. Jet-to-crossflow momentum flux ratio is the most important parameter for predicting the trajectory, penetration, and breakup length of a liquid jet in a crossflow. The characteristics of droplets disintegrated during the primary breakup are mostly influenced by the nozzle exit conditions, whereas the characteristics of droplets produced via the secondary breakup are strongly dependent on the velocity of cross airflow. Although the review revealed that substantial progress has been made in understanding this complex two-phase flow phenomenon, there still remain several shortcomings which require further research.     

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。     

幂律流体环膜射流破碎特征的试验

通过自行搭建的环膜射流试验系统,采用高速摄影技术对牛顿流体(水)与剪切变稀型幂律流体(卡波姆凝胶)环膜射流的破碎模式及破碎特征进行了试验.结果表明:牛顿流体与幂律流体都存在相同的3种射流破碎模式,且两种流体在射流破碎机理上没有本质性的差异.在3种射流破碎模式中,圣诞树状破碎模式下的射流破碎效果最佳,泡状破碎模式次之,波...     

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。     

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．     

Influence of interfacial mass transfer and chemical reaction on breakup of low-solubility fluid jets in water

In this study, we report our experimental investigation on the influence of interfacial mass transfer and chemical reaction on breakup patterns of a liquid CO₂ jet in water. It was found in our experiments that when liquid CO₂ was injected into high-pressure and low-temperature water, the jet breakup resulted in a train of irregular cylinders. This cylinder-like breakup pattern is distinct from those of usual liquid-jet breakup, i.e. jet-breakup produces either a train of single uniform-sized drops or multiple non-uniform-sized drops. This unusual jet-breakup pattern was found to result from mass transfer and chemical reaction at the interface of the jet and the ambient water. The patterns of jet breakup found in this study also can occur in many other low-solubility fluid jets in water if molecular sizes of the jet fluids are in the range between 3.8 and 6.6 angstrom.     

液体射流的非轴对称破碎

本文分析粘性液体射流的线性稳定性问题，本文首次根据理论预测所确定的物理条件观察到了射流在各种非轴对称模式支配下的破碎情况，实验采用的是高速公路分幅激光全息技术，实验结果表明，液体射流结构遵守稳定性理论所预测的规律，实验还发现，液体射流的实际破碎尺寸要大于线性稳定必伯预测结果。     

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。     

燃油喷雾初始破碎及二次雾化机理的研究

基于大涡模拟LES(large eddy simulation)理论和VOF(Volume of Fluid)方法,考察了燃油喷雾初始时刻即时间尺度为微秒级的液柱破碎过程,分析了初始破碎的机理,给出了该时间尺度下液柱初始破碎过程的模型;通过对一特定条件下的柴油机喷油器的建模和喷雾过程的大涡数值模拟,获得了液柱初始时刻"伞状头部"的喷雾形态,所得计算结果与相应的试验数据符合较好;数值模拟还直观地展现了液滴背风RT破碎、哑铃型破碎以及液滴的聚集融合等液滴的二次雾化过程.同时,也说明了大涡模拟这种准直接数值方法较之DDM(discrete droplets model)方法所具有的优势和潜力.     

Non-simultaneous impact of multiple droplets on liquid film

Multi-droplet impinging on a thin liquid film non-simultaneously is studied using a three-dimensional numerical model incorporating a random disturbance subjected to Gaussian distribution. Subsequent droplet encountering upward-rising liquid sheets induced by leading droplets results in bubble entrainment with great bubble size. A liquid vortex in the vicinity of entrained bubble is observed. Many capillary waves are produced on the liquid sheet enclosing entrained bubble prior to its breakup, with high pressure beneath crests but low pressure beneath troughs. The criterion devised purposely for a liquid jet breakup can be used to estimate the breakup of enclosed liquid sheet.