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旋流喷嘴射流雾化过程的数值模拟

旋流喷嘴射流雾化过程的数值模拟

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作者：聂弘毅哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

旋流喷嘴形成的射流雾化具有分布空间大、雾化粒径小的特点,雾化液滴尺寸大小和空间分布提供了蒸发燃烧的初始条件,通过影响喷雾燃烧过程进而影响发动机的燃烧特性和燃烧稳定性,因此对于旋流喷嘴所产生的旋转圆环液体射流的研究十分重... 详细信息

旋流喷嘴形成的射流雾化具有分布空间大、雾化粒径小的特点,雾化液滴尺寸大小和空间分布提供了蒸发燃烧的初始条件,通过影响喷雾燃烧过程进而影响发动机的燃烧特性和燃烧稳定性,因此对于旋流喷嘴所产生的旋转圆环液体射流的研究十分重要。之前学者大多采用界面追踪方法对旋转锥形液膜初次破碎进行研究,对其二次破碎研究较少,对液膜二次破碎研究主要以极小的网格尺度结合VOF模型和直接数值模拟方法。本文旨在利用跨尺度VTD模型,综合考虑到雾化过程中存在多尺度、多相流动耦合的实际情况,对旋流喷嘴射流的雾化破碎过程进行了研究。液膜雾化破碎可分为三个区:连续液膜区、一次破碎区和二次破碎区。在一次破碎区液滴尺度通常为毫米级以上,而经二次破碎后的液滴尺寸通常为微米级。本文使用FLUENT软件采用VTD模型对射流雾化破碎过程进行了数值模拟研究。通过对横向射流的数值模拟来验证VTD模型的可行性,比较了不同湍流模型下VTD模型对雾化破碎的模拟结果,并对VTD、VOF以及DPM模型的模拟结果进行分析。本文以旋转圆环液体射流为研究对象,采用VOF和VTD两种多相流模型进行模拟,比较了模拟方法对模拟结果的影响,对其射流雾化破碎形成旋转锥形液膜的演变过程和充分发展液膜的破碎形态进行了分析,并研究了旋转锥形液膜的气液相互作用。对无旋与有旋锥形液膜与环境气体的不同作用方式进行了讨论,认为离心力导致的周向表面波结构是雾化形态差异的主要原因。最后分析了不同粘性液体、轴向速度和射流速度下对雾化锥角以及破碎区域的影响。结果显示,在低粘性、低密度液体的雾化破碎更剧烈,连续区域更短。破碎长度随轴向速度增大而增长,随周向速度增大而缩短。

关键词：旋转锥形液膜数值模拟雾化特性多尺度雾化两相流

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