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中南大学学报（自然科学版） 2022年第8期53卷 2851-2860页

作者：刘晓宏温治杜宇航楼国锋北京科技大学能源与环境工程学院北京100083

采用计算流体力学的方法研究气淬粒化工艺中熔渣的粒化环节及其破碎机理,利用VOF模型追踪自由界面以及RNG K-epsilon模型描述湍流流动,对气淬作用下的熔渣粒化过程进行数值模拟,得到气淬熔渣粒化的液膜变化过程和气体流场分布,并分析局... 详细信息

采用计算流体力学的方法研究气淬粒化工艺中熔渣的粒化环节及其破碎机理,利用VOF模型追踪自由界面以及RNG K-epsilon模型描述湍流流动,对气淬作用下的熔渣粒化过程进行数值模拟,得到气淬熔渣粒化的液膜变化过程和气体流场分布,并分析局部动量比对熔渣破碎过程的影响。研究结果表明:熔渣射流在气淬作用下存在球孔状破碎和扁平状破碎2种破碎过程,气液界面间的速度梯度使K-H不稳定性产生,从而生成K-H表面波,这是发生扁平状液膜破碎的主要原因;气液界面间的压力梯度使R-T不稳定性产生,从而生成R-T表面波,这是发生球孔状液膜破碎的主要原因。当局部动量比较小时,K-H不稳定性的影响更大,增大局部动量比,K-H不稳定性的影响随之降低,R-T不稳定性的影响增强,球孔状液膜形成所需时间更短,熔渣破碎逐渐由R-T不稳定性占主导地位;增大局部动量比使R-T和K-H表面波波长均增大,使熔渣颗粒从液膜表面剥离和撕裂的难度增大,颗粒形成的频率降低,增加熔渣粒化的难度;增大局部动量比会让熔渣液膜破碎长度增大,使熔渣发生破碎的时间更晚,熔渣颗粒的飞行距离和换热时间变长。

关键词：气淬粒化表面波局部动量比数值模拟

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气淬作用下熔渣粒化机理及破碎效果分析

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东北大学学报（自然科学版） 2023年第10期44卷 1424-1430页

作者：刘晓宏温治肖永力楼国锋北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 宝山集团中央研究院能源与环境研究所上海201999

针对熔渣气淬粒化工艺,在实验的基础上开展了气淬作用下的熔渣粒化过程数值模拟.利用VOF模型追踪自由界面、Realizableκ-ε模型处理湍流流动.模拟得到了气淬熔渣粒化过程,并分析了熔渣破碎机理.进一步建立了无量纲数局部动量比,对熔渣... 详细信息

针对熔渣气淬粒化工艺,在实验的基础上开展了气淬作用下的熔渣粒化过程数值模拟.利用VOF模型追踪自由界面、Realizableκ-ε模型处理湍流流动.模拟得到了气淬熔渣粒化过程,并分析了熔渣破碎机理.进一步建立了无量纲数局部动量比,对熔渣的黏度及气渣局部动量比进行了影响因素分析.结果表明:熔渣存在两种破碎形式,一种为R-T不稳定性所产生的柱状破碎,主要由渣流迎风面和背风面存在的局部高压区所导致;另一种为K-H不稳定性主导的表面液膜破碎,其主要由气渣界面间的速度梯度所引起.熔渣黏度的增加会使熔渣的颗粒粒径增大,破碎效果降低;气渣局部动量比的增大增强了熔渣的表面液膜波动,使剥离的颗粒数量增多,破碎长度减小,熔渣破碎效果加强.

关键词：气淬粒化表面波局部动量比数值模拟高炉熔渣

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气液针栓喷注单元雾化角模型

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航空动力学报 2021年第4期36卷 839-850页

作者：张波涛李文龙李平中国航天科技集团有限公司西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室西安710100 中国航天科技集团有限公司航天推进技术研究院西安710100

为了准确预测气液针栓喷注单元的雾化角,基于动量守恒建立了液束撞击气膜的雾化角理论模型,通过试验结果获得变形因子,并分析了结构参数和工况参数对雾化角的影响规律。结果表明:局部动量比对雾化角影响最大,其他结构参数和工况参数都... 详细信息

为了准确预测气液针栓喷注单元的雾化角,基于动量守恒建立了液束撞击气膜的雾化角理论模型,通过试验结果获得变形因子,并分析了结构参数和工况参数对雾化角的影响规律。结果表明:局部动量比对雾化角影响最大,其他结构参数和工况参数都是通过影响局部动量比而进一步决定雾化角;随着局部动量比增大,液束变形程度减小,液束变形导致有效撞击动量比小于几何动量比。根据试验结果分段给出了变形因子,当局部动量比范围为0~3时,变形因子推荐值为0.61,当局部动量比范围为3~4.5时,变形因子推荐值为0.70,当局部动量比范围为4.5~7.2时,变形因子推荐值为0.75,引入变形因子的理论预测值与试验结果吻合很好,该模型可为气液针栓喷注器的理论研究和工程设计提供参考。

关键词：变推力液体火箭发动机气液针栓喷注器雾化角模型局部动量比液束气膜撞击变形变形因子

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气液针栓喷注器破碎雾化过程及燃烧特性研究

气液针栓喷注器破碎雾化过程及燃烧特性研究

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作者：张彬国防科技大学

学位级别：硕士

喷注器是液体火箭发动机上的重要部件,推进剂经过喷注器后发生破碎雾化混合,然后在燃烧室燃烧,喷注器的结构对液体火箭发动机的性能有重要影响。针栓喷注器是液体火箭发动机喷注器的一种,有结构简单、可靠性高、推力连续可调等优点,具... 详细信息

喷注器是液体火箭发动机上的重要部件,推进剂经过喷注器后发生破碎雾化混合,然后在燃烧室燃烧,喷注器的结构对液体火箭发动机的性能有重要影响。针栓喷注器是液体火箭发动机喷注器的一种,有结构简单、可靠性高、推力连续可调等优点,具有广阔的应用前景。论文采用理论分析、数值仿真结合试验研究的方法对气液针栓喷注器破碎雾化过程及燃烧特性进行了研究,可为针栓喷注器的设计提供参考。破碎过程通常比较复杂,本文采用VOF TO DPM模型结合网格自适应技术对气液针栓喷注器的破碎雾化过程进行了数值仿真,仿真结果与试验吻合得较好。液体射流在气膜作用下主要存在表面破碎及柱状破碎两种破碎过程,随着局部动量比的增大,液体射流的状态从未穿透气膜变为穿透气膜。可以通过控制液体射流是否穿透的状态,来控制推进剂混合效果及燃烧的反应区域。孔形的选择是设计针栓喷注器中重要的环节,不同孔形的液体射流破碎过程有差异。研究发现,不同高宽比的矩形孔截面射流破碎长度和展向扩张角不同,在相同的局部动量比下液体射流的破碎长度随着高宽比的增加而减小,破碎长度减小有助于射流的破碎。相邻液体射流之间的相互作用会抑制射流的展向扩张,控制相邻液体射流之间的距离对于提升破碎效果具有重要作用。通过高速摄影及激光相位多普勒系统对气液式针栓喷注单元的喷雾特性进行了研究。液体中心式针栓喷注器的喷雾边界可以由局部动量比及坐标的幂函数形式来拟合。气体中心式的针栓喷注单元喷雾场结构呈现“喇叭”状,喷雾场中心的SMD小,喷雾场边缘的SMD大。对针栓模型发动机进行了燃烧点火试验。燃烧试验初步阐明了液氧/气甲烷针栓模型发动机的基本工作过程,分析了工况参数对燃烧性能的影响。燃烧试验中发现针栓头存在过热的区域,通过仿真研究发现,液体射流表面破碎剥离的液滴向针栓头附近输运可能是导致过热形成的原因。

关键词：针栓喷注器破碎雾化燃烧特性局部动量比

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针栓喷注器分布特性的试验研究

针栓喷注器分布特性的试验研究

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中国航天第三专业信息网第四十届技术交流会暨第四届空天动力联合会议

作者：陈慧源李清廉成鹏国防科技大学高速推进冲压发动机技术重点实验室国防科技大学空天科学学院

针栓喷注器具有结构简单、内在的燃烧稳定性和深度调节能力的优点,有望在液体火箭发动机领域得到广泛应用。但对于针栓喷注器的分布特性的研究还比较缺乏,对针栓喷雾的基本形态还没有公认的描述。本文通过开展冷试试验,综合运用高速摄... 详细信息

针栓喷注器具有结构简单、内在的燃烧稳定性和深度调节能力的优点,有望在液体火箭发动机领域得到广泛应用。但对于针栓喷注器的分布特性的研究还比较缺乏,对针栓喷雾的基本形态还没有公认的描述。本文通过开展冷试试验,综合运用高速摄影拍摄和PDA系统测量手段,对一种径向孔型液液针栓喷注器的分布特性开展了系统研究。其中,高速摄影能够直观得到喷雾图像和外在的形态特征,PDA系统可用于测量典型空间位置的粒径大小,进一步通过计算体积流率获得喷雾的空间范围及分布特性。试验过程中,以水作为模拟介质,通过固定外喷嘴流量不变、增加内喷嘴流量的方式来获得0.16-0.93局部动量比范围内针栓喷注器的分布特性变化规律。研究结果表明,在本文所研的工况条件下,喷雾呈现出上游空心、下游实心的锥形结构,与以往研究中所认为的类似离心式喷注器的空心锥形结构不尽相同。分析认为,空心结构的出现与射流撑开液膜所形成的"斗篷"状喷雾形态有关,而相邻"斗篷"间的碰撞、破碎导致空心结构在喷雾下游逐渐消失。此外,随着局部动量比的增加,喷雾的内、外边界均向外拓展,具体表现为空心区范围增加,喷雾锥角增大。在局部动量比0.16-0.93的变化过程中,喷雾锥角从34°增加到122°,且增加趋势与文献中提出的a=2acos(1/(1+LMR))吻合的很好。

关键词：针栓喷注器分布特性局部动量比空心-实心锥形

来源： cnki会议评论

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