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低速横流作用下液体射流初次破碎实验

化工进展 2020年第4期39卷 1282-1291页

作者：兰天孔令真陈家庆王奎升北京石油化工学院机械工程学院北京102617 北京化工大学机电工程学院北京100029 深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室北京102617

基于专门搭建的射流破碎雾化实验平台,利用高速摄像可视化研究低速横流作用下不同气液量纲为1参数对液体射流初次破碎模式特征和射流穿透轨迹特征的影响规律。实验结果表明,低速横流作用下液体射流破碎存在柱状破碎和袋式破碎两种模式,... 详细信息

基于专门搭建的射流破碎雾化实验平台,利用高速摄像可视化研究低速横流作用下不同气液量纲为1参数对液体射流初次破碎模式特征和射流穿透轨迹特征的影响规律。实验结果表明,低速横流作用下液体射流破碎存在柱状破碎和袋式破碎两种模式,其中柱状破碎又可以分为鼓包破碎和拱形破碎。从实验得到的液气动量通量比q和液体韦伯数Wej射流破碎模式图可以看出,液气动量通量比q和液体韦伯数Wej共同决定低速横流条件下射流破碎模式,不同破碎模式之间存在明显的过渡边界。结合液气动量通量比q、液体韦伯数Wej、液体雷诺数Rej等量纲为1参数,拟合得到了射流穿透轨迹曲线对数形式公式,该公式能够很好地预测低速横流作用下液体射流穿透轨迹,其中液气动量通量比q是影响射流穿透轨迹的主要量纲为1参数。

关键词：气液两相流液体射流初次破碎混合破碎模式射流穿透轨迹

柴油喷雾近场初次破碎微观特性可视化试验研究

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车用发动机 2014年第4期 43-48页

作者：王铮昊王谦何志霞吴玉强江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013

利用电控高压共轨系统对单孔喷油器近喷孔区微观喷雾特性及表面波形成和发展过程进行了可视化研究和探索。采用激光诊断技术、显微技术与高速摄影技术结合的新方法,得到了放大12倍的近喷孔区4mm内微观喷雾场图像,以及近喷孔区表面波和... 详细信息

利用电控高压共轨系统对单孔喷油器近喷孔区微观喷雾特性及表面波形成和发展过程进行了可视化研究和探索。采用激光诊断技术、显微技术与高速摄影技术结合的新方法,得到了放大12倍的近喷孔区4mm内微观喷雾场图像,以及近喷孔区表面波和丝状油滴的生成及发展过程图像。基于Matlab软件对图像进行后处理,得到了清晰的近场喷雾轮廓,在此基础上获得了表面波形态。试验结果表明:压力升高液滴分布更加均匀,初始表面波生成更靠近喷孔出口;表面波波长和振幅没有明显函数关系,但其各自增长有一定的规律性;通过背光法试验研究发现,压力较低时,出口油束边缘整齐,未发生雾化破碎。随着压力升高,油束出喷孔整齐段逐渐减小直至消失,表明喷射压力对燃油初次破碎以及液核表面波生成和发展有重要影响。

关键词：柴油机燃油雾化可视化表面波初次破碎

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气体雾化制粉技术研究综述

粉末冶金工业 2022年第3期32卷 96-106页

作者：张雪良陶宇贾建曲敬龙钢铁研究总院有限公司高温材料研究所北京100081 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081

气体雾化法制备的金属粉末具有粒度细小、球形度好、纯净度高的特点。近年来,随着3D打印技术的发展,气体雾化制粉技术受到广泛关注。总结了目前国内外对气体雾化制粉技术的研究进展,主要包括雾化工艺参数对粉末特性的影响以及气体雾化... 详细信息

气体雾化法制备的金属粉末具有粒度细小、球形度好、纯净度高的特点。近年来,随着3D打印技术的发展,气体雾化制粉技术受到广泛关注。总结了目前国内外对气体雾化制粉技术的研究进展,主要包括雾化工艺参数对粉末特性的影响以及气体雾化制粉过程中单相气体流场结构、高温熔体初次破碎过程和熔滴二次破碎过程的模拟仿真。

关键词：气体雾化粉末雾化工艺初次破碎二次破碎数值模拟

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湍流扰动对液滴破碎的影响及模拟方法研究

哈尔滨工程大学学报 2018年第4期39卷 709-715页

作者：齐文亮明平剑张文平彭晔哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

为考虑射流内部湍流扰动对雾化的影响,本文将喷嘴内部湍流扰动量用湍流长度和时间尺度来表示,并以权重的形式加入初次破碎模型中。对比分析了单液滴表面不稳定波和湍流扰动对液滴破碎的影响。计算结果表明:湍流扰动随液滴运动时间的增... 详细信息

为考虑射流内部湍流扰动对雾化的影响,本文将喷嘴内部湍流扰动量用湍流长度和时间尺度来表示,并以权重的形式加入初次破碎模型中。对比分析了单液滴表面不稳定波和湍流扰动对液滴破碎的影响。计算结果表明:湍流扰动随液滴运动时间的增加对破碎的影响逐渐减小,不稳定波的影响比重逐渐增大;喷嘴内流速越大,湍流扰动量越强,影响的时间越久。对本文提出的破碎模型进行了验证,计算结果表明:湍流扰动会导致液滴的索特尔平均直径(SMD)减小4%左右;随入射压力升高,湍流扰动对贯穿距的影响逐渐增大;虽然二次破碎发生在距离喷嘴较远处,但初始湍流值的大小,还是能影响到二次破碎后液滴大小和速度。

关键词：液滴破碎模型初次破碎二次破碎喷雾贯穿距湍流扰动射流内部喷嘴雾化

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船用低速机近场喷雾特性数值研究

船用低速机近场喷雾特性数值研究

作者：潘业俊大连理工大学

学位级别：硕士

面对日益严苛的排放限制法令,提升船机效率当前已成为各国政府与柴油机研制厂商广泛关注的焦点问题。柴油机功效以及排放性能均与燃油雾化水平密切相关,这敦促科研人员不断改善喷射系统和雾化质量,在提高船机燃油经济性和燃烧效率的同... 详细信息

面对日益严苛的排放限制法令,提升船机效率当前已成为各国政府与柴油机研制厂商广泛关注的焦点问题。柴油机功效以及排放性能均与燃油雾化水平密切相关,这敦促科研人员不断改善喷射系统和雾化质量,在提高船机燃油经济性和燃烧效率的同时降低废气排放。燃油近场射流雾化过程及稳定性不仅受气-液两相速度差引起的气动力和表面张力影响,还与喷油器内部空化与湍流流动有关。本文基于Open FOAM,在欧拉-欧拉框架下结合界面压缩技术,在更接近实际运行工况的高喷射压力和高环境压力条件下,对某船用低速机喷嘴展开孔内流动和初次破碎的耦合数值研究。主要工作如下:(1)喷孔内部流动特性数值研究。首先,基于修正的Schner-Sauer空化模型描述孔内空化现象。其中,气泡半径充分考虑了初始的气核体积,且气泡数密度不在依赖经验被设置为常量。将数值模拟结果与试验观测图对比后发现,修正的空化子模型可以如实地反馈孔内微气泡的实际演变过程。此外,发展中空化为该船机喷嘴内主要发生的空化类型,无空化到发展中空化,起主导作用的无量纲数为空化数;发展中空化过渡至超空化主要起作用的是雷诺数。其次,利用大涡模拟求解混合流体湍流方程,在相同的压差作用下,小孔径喷孔出口空化范围更广阔,径向扩散趋势明显,出口湍流扰动更强。(2)定量分析了空化、湍流以及气动力对初次破碎的影响。射流破碎的验证结果表明,耦合数值模型可以清晰地捕捉液带掐断以及大液滴剥离等细节。此外,较传统VOF模型而言,耦合数值模型的计算结果和试验值更接近,精度更高。当孔内流动达到超空化后,空化效应对初次破碎的影响趋于平稳,同时云空化在孔口出的溃灭对近场雾化也有着积极地影响。在由内部流动和气动力共同主导的主喷雾区,高喷射压力下孔口处具有更强的湍流涡结构,油束承受的气体卷吸作用更剧烈,从而产生了更强的轴向涡流和直径更小的射流。在气动力主导的伞状头部破碎区,提高喷射压力将导致气-液相间速度差变大,拖曳阻力变强,初次雾化质量更佳。(3)重质燃油是船舶广泛采用的工质之一,高粘度特性使其通常雾化质量不佳。本研究在三种不同的预热温度下开展了重油喷孔内流和初次破碎的耦合数值研究。研究结果表明:重油加热至394 K时有一定量的微气泡在喷孔入口处发生,其余两种加热温度下,孔内压力沿着流向近似线性减小并维持在对应饱和蒸气压以上。液柱破碎角与射流长度均随预热温度的升高而增大。此外,归因于较大的表面张力,重油在354 K时表面波发展迟滞;加热至394 K时表面波已初具规模,随着流动的持续,表面波的振幅和波长开始增加,颈部开始塌陷。雾化质量随温度的升高得到改善。

关键词：船用低速机欧拉-欧拉孔内流动初次破碎重油

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柴油喷雾初始阶段喷孔内流及油束破碎特性

汽车安全与节能学报 2019年第2期10卷 241-248页

作者：王字满戴晓宇李佳峰吴晗李雁飞北京理工大学机械与车辆学院北京100081 汽车安全与节能国家重点实验室清华大学北京100084

喷孔内部流动对内燃机燃油雾化、燃烧及排放有显著影响。采用高速显微成像技术,捕捉了气-液演变过程,研究了透明单孔柴油喷油器在初始阶段的喷孔内流及油束初次破碎特性;采用数值模拟方法,解析了气泡与油膜耦合作用过程,剖析其速度场,... 详细信息

喷孔内部流动对内燃机燃油雾化、燃烧及排放有显著影响。采用高速显微成像技术,捕捉了气-液演变过程,研究了透明单孔柴油喷油器在初始阶段的喷孔内流及油束初次破碎特性;采用数值模拟方法,解析了气泡与油膜耦合作用过程,剖析其速度场,阐明了不同条件下油束形态的形成机理及破碎过程。研究发现:残余液体燃料体积、物性、压力冲击波强度及气泡之间的相互作用决定了油束形态特性。低喷油压力下,气泡存储能量少,形成薄蘑菇头状油束。在高压条件下,气泡存储能量多,有效促进油束的雾化并形成鼓状油束。

关键词：内燃机节能减排燃油燃烧喷雾形态气泡初次破碎喷雾

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热作用下液氮射流雾化的理论研究

热作用下液氮射流雾化的理论研究

作者：高鑫鑫华中科技大学

学位级别：硕士

高雷诺数风洞试验在大型飞行器设计研发中扮演着至关重要的角色,而通过液氮喷雾降低风洞内温度是目前提升风洞雷诺数最为经济有效的方法之一。液氮的雾化效果直接决定着风洞流场和温度场的均匀性,因此,对射流雾化过程的深刻理解是提高... 详细信息

高雷诺数风洞试验在大型飞行器设计研发中扮演着至关重要的角色,而通过液氮喷雾降低风洞内温度是目前提升风洞雷诺数最为经济有效的方法之一。液氮的雾化效果直接决定着风洞流场和温度场的均匀性,因此,对射流雾化过程的深刻理解是提高喷雾冷却过程传热性能和流场均匀性的先决条件。尽管国内外学者在理解射流雾化过程方面做了大量工作,但是低温流体中热作用和气动作用的耦合及两者的相互影响还有待进一步探索。针对液氮射流雾化及相变过程,本文开展了液氮射流初次破碎和二次雾化的跨尺度理论研究,探索了气动作用和热作用对高低速射流和不同韦伯数(We)液滴运动过程的影响,明晰了相变对破碎过程的影响机制。具体内容概括如下:1.低速射流体初次破碎线性稳定性分析。针对低速射流体的初次破碎过程,采用线性稳定性分析方法,建立起射流体从失稳到破碎的联系,从而构建低速射流初次破碎的理论计算模型。基于该理论模型,得到低速射流的最不稳定波波长、破碎液滴直径等参数。2.高速射流体初次破碎直接数值模拟分析。针对相变影响下的高速射流体初次破碎过程带来的相界面变化,构建了基于流体体积法(VOF)的界面捕捉方法和界面位移算法的直接数值模型,来描述带相变的射流体破碎过程。基于该数值模型,分析了初次破碎形态演变,进而获得了雾化形成的微小液滴粒径分布。计算结果显示相变改变了初次破碎液滴的空间分布并在一定程度上影响了射流表面的变形。3.二次雾化过程中液滴闪蒸雾化动力学分析。在二次雾化中基于液滴内气泡运动方程建立了一个描述闪蒸现象的气泡微爆模型,同时采用TAB模型描述空气动力的作用。提出了一个预测二次雾化主导模式的判断标准,据此分析了环境压力等物理参数对雾化过程的影响。结果表明,在低环境压力下闪蒸作用更强,而表面张力、黏性力影响不大。4.二次雾化过程中液滴表面蒸发过程研究。对不同We数液滴二次雾化及表面蒸发过程展开数值研究。考虑到不同We数液滴流动及相变特性的不同,基于界面温度梯度计算传质速率,将分离传质与界面局部化方法、锐化处理界面温度方法相结合,建立了一种源项扩散算法来捕捉低We数下相变对流动的影响。使用多个算例验证该算法并与界面位移算法对比分析,随后将二者分别应用于高、低We数液滴数值模拟。结果显示,源项扩散算法表现优于界面位移,但对网格精度要求较高。此外,相变对液滴雾化形态的影响随We数增大而减小,而高We数时液滴相变速率显著提升。

关键词：射流雾化初次破碎二次雾化相变传热传质液氮

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GDI喷嘴内流及喷雾特性的研究

GDI喷嘴内流及喷雾特性的研究

作者：刘芬华中科技大学

学位级别：硕士

喷雾结构决定了燃油分布及混合气的形成，对燃烧的好坏有直接影响，因此喷油器是GDI系统中非常关键的部件，而喷嘴内部的空化现象对雾化有着本质的影响。这主要表现在空化现象极大的影响了喷嘴出口处的速度、流量、和湍动能的分布，这... 详细信息

喷雾结构决定了燃油分布及混合气的形成，对燃烧的好坏有直接影响，因此喷油器是GDI系统中非常关键的部件，而喷嘴内部的空化现象对雾化有着本质的影响。这主要表现在空化现象极大的影响了喷嘴出口处的速度、流量、和湍动能的分布，这些都与喷雾的初次破碎密切相关，因此喷嘴内部流动又是GDI发动机设计中必须要考虑的因素。理论和试验研究都表明：高压喷射的柴油喷嘴内部容易形成空化，而近年来有学者在研究中发现GDI多孔喷油器在喷射过程同样会产生空化现象，与柴油喷嘴相比目前对这GDI喷嘴内的空化现象的研究尚还不够深入。由于空化是一个不稳定的气液两相流动，而喷嘴的结构又决定了很难直接通过试验的方法观察喷嘴内部流动的情况，因此数值模拟成为喷嘴内部流动研究的重要手段。本文采用双流体法模拟了针阀位于最大升程和针阀运动时的喷嘴内部流动特性。计算预测了针阀在最大升程时喷孔内部是否会发生空化现象，并分析了喷孔内流动的不均匀性。同时，还研究了针阀运动对喷嘴内流的影响，以及喷孔内的空化发展规律。此外还输出了针阀运动时喷孔出口的流动信息，为后续的喷雾计算提供更准确地边界条件。课题组有两位师兄采用正交设计法研究了4种不同型号的喷油器在不同的喷射压力、喷射背压、定容室温度，以及不同碰壁角度和喷油脉宽等条件下的喷雾结构与粒径分布。本文将其中一种喷油器的试验数据作为数值计算的标定值，并采用离散液滴模型模拟了喷雾过程。计算中通过定义不同的初次破碎模型来导入喷嘴内流的计算结果，由此分析喷嘴内流对喷雾特性的影响。

关键词： GDI喷嘴多相流空化初次破碎数值模拟