离心喷嘴液膜形态与液膜破碎机制试验研究

作     者：方传宇 王凯兴 刘舆帅 王少林 刘富强 杨金虎 曹程 刘存喜 穆勇 徐纲 朱俊强 

作者机构：轻型涡轮动力全国重点实验室 中国科学院大学工程科学学院 青岛航空技术研究院 中国科学院工程热物理研究所轻型动力实验室 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金(52106188) 国家自然科学基金(52276141) 国家重大科技专项基金(J2019-III-0005-0048)资助项目 

主　　题：相位多普勒粒子测速仪 高速阴影成像 本征正交分解 液体韦伯数 

摘      要：离心喷嘴由于其具有简单可靠的结构以及优异的雾化性能、被广泛应用于航空发动机燃烧室喷嘴。离心喷嘴的性能一定程度上决定了燃烧室的燃烧稳定性能,燃烧组织性能和排放特性。本文采用高速阴影成像技术和相位多普勒粒子测速仪(PDPA)对比研究了喷注压力对于离心喷嘴流量系数、喷雾锥角、液膜形态、破碎模式以及粒径分布的影响,系统分析离心喷嘴液膜形态、液膜破碎机制和雾化特性,并使用本征正交分解(POD)方法识别出不同液膜形态下的主要和次要的破碎模式,建立了离心喷嘴液膜形态与雾化特性之间的对应关系,支撑了离心喷嘴雾化性能优化研究。结果发现,随着喷注压力的增大,流量系数和喷雾锥角呈现出先增大后减小的趋势;喷注压力通过改变液膜的液体韦伯数(We)从而改变液膜形态。随着We的增加,液膜的破碎位置逐渐向喷嘴出口处移动,破碎距离逐渐减小,并使得离心喷嘴下游液滴的径向速度增大,大粒径液滴向两侧运动,导致雾锥中心的索太尔平均直径(SMD)迅速下降;离心喷嘴不同的液膜形态包含多种液膜破碎模式,并随着We数增加而演化:随着We数的增加,液膜的主要破碎模式依次为撞击破碎、表面波破碎、穿孔破碎以及湍流破碎,且这四种破碎模式的表面波频率依次增大。