自激振荡脉冲雾化喷嘴空化效应及其喷雾特性研究

作     者：胡亚男 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪朝晖

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：自激振荡脉冲射流 雾化喷嘴 空化效应 喷雾特性 

摘      要：利用自激振荡脉冲特性改善流体喷雾效果是当前雾化领域发展的热点之一。自激振荡脉冲射流不需要外加激励源,利用自激振荡腔室本身的结构特点就能产生脉冲射流。由于它具有较大的变压特性和空化特性,通过设计合理的自激振荡喷嘴结构可以有效提高喷雾质量并节约喷雾能耗。本文通过对自激振荡脉冲射流的空化特性展开深入研究,分析了空化效应对射流雾化的影响并提出了基于自激振荡脉冲效应的雾化喷嘴结构设计方法,本文所做的主要工作如下:(1)基于空化泡溃灭的雾化机理和自激振荡脉冲喷嘴出口流道空化过程,分析了空化效应对自激振荡脉冲射流雾化效果的影响,提出利用自激振荡脉冲效应产生的空化射流促进射流雾化的方法。(2)依据自激振荡脉冲喷嘴结构,分析了射流来流速度和脉动压力对喷嘴出口流道空化效应的影响,提出利用来流雷诺数和脉动特征值表征喷嘴出口流道空化程度,并根据自激振荡脉冲喷嘴有限元分析得到了喷嘴出口流道较好空化状态的来流雷诺数和喷嘴腔室长径比。(3)基于自激振荡脉冲效应产生的空化汽囊形成原理,建立了自激振荡腔室内空化汽囊能量聚集和释放状态下的简化物理模型,研究了能量聚集效应对自激振荡射流雾化的影响。(4)提出了基于空化汽囊能量最大化的雾化喷嘴腔室壁面结构设计方法,利用Bezier曲线重构了壁面四角过渡形状,设计了新型雾化喷嘴自激振荡腔室壁面结构,并对其腔室内空化汽囊分布和射流出口速度进行了计算和分析。(5)利用Fluent软件中的VOF多相流模型对前文所述的结构设计方法所提出的新型自激振荡雾化喷嘴进行喷雾特性研究。重点分析了能够表征喷雾特性的流场内多相体积分数、湍动能和速度等特征参数的分布情况。