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旋流杯气动雾化喷嘴受限空间变工况液滴分布规律研究

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旋流杯气动雾化喷嘴受限空间变工况液滴分布规律研究

作者：夏英杰沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

燃油雾化喷嘴可以将液态的航空煤油破碎成油雾滴,喷入航空发动机燃烧室组织燃烧,进而对燃烧室的燃烧效率及变工况性能产生重要影响。旋流杯气动雾化喷嘴具有将空气与燃油掺混及油雾场蒸发的作用,喷嘴旋向及其下游受限空间会影响喷嘴下... 详细信息

燃油雾化喷嘴可以将液态的航空煤油破碎成油雾滴,喷入航空发动机燃烧室组织燃烧,进而对燃烧室的燃烧效率及变工况性能产生重要影响。旋流杯气动雾化喷嘴具有将空气与燃油掺混及油雾场蒸发的作用,喷嘴旋向及其下游受限空间会影响喷嘴下游大尺度涡的形态、大小及位置,从而影响燃油液滴在空间内的分布。针对上述问题,本文采用试验与数值模拟相结合的方法,系统分析气动雾化喷嘴下游受限空间及旋流器旋向组合对燃油液滴粒径的影响规律,为燃烧室头部结构的设计以及燃烧室的优化提供参考。因此,本文工作从以下几部分展开:燃油液滴粒径测量方法和试验装置的建立,旋流杯式气动雾化喷嘴雾化特性试验研究,旋流杯式气动雾化喷嘴下游受限空间内部空气流场的数值研究。主要研究内容和结论如下:(1)基于LSA-Ⅲ型激光粒度测量系统对雾化场雾锥瞬态特性研究,在气动雾化喷嘴下游连接直径133mm透明空气罩,以模拟喷嘴下游受限空间,研究旋流器旋向组合对雾化特性的影响。试验结果表明:在下游受限空间内不同轴向位置处反向旋流液滴SMD均要大于同向旋流液滴SMD,反向旋流方案下液滴SMD随着轴向位置的增加而增大,而同向旋流方案下液滴SMD随着轴向位置的增加而减小。数值计算发现反旋方案回流对涡长度尺度较大,同旋方案回流对涡长度尺度较小。综合分析得出大长度尺度回流对涡对液滴的卷吸、汇聚能力更强,导致反旋方案下测得的液滴SMD更大。(2)对不连接下游空气罩的气动雾化喷嘴开展试验,研究下游受限空间对气动雾化喷嘴雾化特性的影响。在小空气流量反向旋流方案作用下,下游受限空间的存在会使液滴SMD减小;在小空气流量同向旋流或大空气流量作用下,下游受限空间会使副油路单独工作时的液滴SMD减小,使主、副油路同时工作时的液滴SMD增大。(3)针对下游连接直径173mm空气罩的气动雾化喷嘴开展试验,研究受限空间尺寸变化对喷嘴雾化特性的影响。在小空气流量反向旋流方案下,6cm处直径133mm空气罩内液滴SMD小于直径173mm空气罩内液滴SMD;在大空气流量反向旋流方案下,副油路单独工作时直径133mm空气罩内液滴SMD小于直径173mm空气罩内液滴SMD,其余工况下不同空气罩液滴SMD基本一致。模拟发现,下游受限空间径向尺寸影响回流对涡出现的情况,当受限空间直径由133mm增加至173mm,回流对涡由一对增加为两对,燃油液滴被卷吸汇聚的核心(涡心)增多,液滴向上游汇聚的程度增加。

关键词：气动雾化喷嘴旋向组合下游受限空间雾化特性液滴分布

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气动雾化喷嘴强化湍流扩散的实验研究

气动实验与测量控制 1995年第4期9卷 36-40页

作者：王洪铭邹正平史伟黄学民北京航空航天大学

用热线风速仪对气动雾化喷嘴出口的气相湍流速度场进行测量，得到了气流的脉动速度及旋涡尺度分布。用浓度测量仪测量了喷嘴出口液相浓度的分布。研究表明，湍流脉动对细小雾滴的扩散具有促进作用，而气流的大尺度旋涡对液滴扩散的作用... 详细信息

用热线风速仪对气动雾化喷嘴出口的气相湍流速度场进行测量，得到了气流的脉动速度及旋涡尺度分布。用浓度测量仪测量了喷嘴出口液相浓度的分布。研究表明，湍流脉动对细小雾滴的扩散具有促进作用，而气流的大尺度旋涡对液滴扩散的作用更加明显。内气路采用径向射流型式，可以增大气流的旋涡尺度，加强对液滴的扰动，因此对喷雾浓度的均匀分布大有益处。

关键词：喷嘴气动雾化喷嘴速度场湍流扩散热线风速仪

气动雾化喷嘴结构参数变化对雾化性能影响研究

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气动雾化喷嘴结构参数变化对雾化性能影响研究

作者：陈思沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

气动雾化喷嘴的核心结构属于单油路离心式喷嘴,结构参数对燃油雾化特性有直接影响。本文以某一气动雾化喷嘴为研究对象,采用实验测试与数值模拟的方法对气动雾化喷嘴结构参数对雾化特性的影响开展了研究。为保证数值模拟的正确性,进行... 详细信息

气动雾化喷嘴的核心结构属于单油路离心式喷嘴,结构参数对燃油雾化特性有直接影响。本文以某一气动雾化喷嘴为研究对象,采用实验测试与数值模拟的方法对气动雾化喷嘴结构参数对雾化特性的影响开展了研究。为保证数值模拟的正确性,进行了雾化特性实验研究。测定了气动雾化喷嘴在各工况下的流量特性、雾化锥角、索泰尔平均直径(SMD)与周向分布不均匀性等参数,得到了各个参数随不同工况变化下的规律。以实验喷嘴结构为基准结构参数,采用UG软件进行了1:1模型的建立,主要包括气动雾化喷嘴的气相通道、液相通道与外流场域。通过对计算方法的研究,采用了VOF隐式解的计算方法。通过与实验结果进行对比确定了数值计算结果的可参考性。为分析结构参数对雾化特性影响的深层原因,对喷嘴内部的流动过程与雾化锥角的打开过程进行了分析。更改入口参数与模型参数获得了入口压力参数和旋流片倾斜角度、喷口直径、近喷口喇叭口角度等结构参数变化对雾化锥角、流量系数、喷嘴内部切向速度、喷口轴向、切向速度等参数与近喷口液膜厚度的变化关系。实验结果表明,采用了基准结构的实验喷嘴,流量系数随供油压力的升高而降低,而后保持不变。在供油压力较小时雾化锥角较大,随供油压力的增加而变小。通过增大供气压力可以明显改善雾化质量,但保持气压不变的情况下增大供油压力使得雾化质量变差。距离喷口不同位置处雾化粒径的随供油压力变化趋势是相同的,但距离喷口越近的雾化粒度越大。通过数值模拟捕获了燃油流出斜孔片后填充旋流室的过程,旋流室截面空气心形状经历了逗号形—花瓣形—圆形的变化过程,最终空气心直径缩小并稳定。喷雾锥角打开需要时间,雾化锥角打开过程中,依次经历了雾团状—液包状—未完全的锥角和完全展开四个阶段。在同一压差下,随着旋流片倾角的增大,增大了雾化锥角与旋流室内切向速度,减小了流量系数与液膜厚度。喷口直径的增加,增大了空气心直径、液膜厚度与雾化锥角,减小了流量系数。出口处喇叭口角度的增大对内流场与流量系数等参数影响不大,减小了液膜厚度,使得雾化锥角先增大后减小,存在最佳的喇叭口角度。

关键词：气动雾化喷嘴雾化粒度液膜厚度雾化锥角结构参数

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基于剪切效应的气动雾化喷嘴的实验研究

基于剪切效应的气动雾化喷嘴的实验研究

作者：高可可江苏大学

学位级别：硕士

气动雾化喷嘴是实现液体雾化的有效手段之一,与传统喷嘴相比,气动雾化喷嘴因结构简单、操作压力低、能耗低以及雾化效果好等特点被广泛应用于脱硫、材料制备、食品加工、农业喷药、空间消毒等流程中。本文在相关研究的基础上,提出一种... 详细信息

气动雾化喷嘴是实现液体雾化的有效手段之一,与传统喷嘴相比,气动雾化喷嘴因结构简单、操作压力低、能耗低以及雾化效果好等特点被广泛应用于脱硫、材料制备、食品加工、农业喷药、空间消毒等流程中。本文在相关研究的基础上,提出一种基于剪切效应的气动雾化喷嘴,采用风机将气体增压后通过多个气流孔喷入混合腔流动,液体靠低压自动吸入混合腔,而后气液在混合腔内发生混合。本论文重点对影响雾化质量的喷嘴结构参数进行研究,通过初步实验发现气流孔的数量、孔径、孔的形状和气体流量对雾化液滴直径及速度均有影响,且气流孔径和气体流量的影响更为显著。设计了三种气流孔径分别为8.0 mm、9.0 mm、10.0 mm的喷嘴,以清水为实验介质,采用激光粒度分析仪和激光多普勒测速仪分别对雾化液滴直径和液滴速度进行测量,重点分析了雾化液滴直径与液滴速度之间的关系,本文主要工作及结论如下:(1)在同一气体流量条件下,气流孔径为10.0 mm的喷嘴的雾化液滴速度最高,且液滴直径最小。随着气体流量增大,雾化液滴的速度增加,直径减小。随着距喷嘴的轴向距离增大,雾化液滴直径先减小后增大,液滴速度先增加后下降,液滴直径最小位置与速度最大位置基本一致。(2)雾化液滴的尺寸和体积分布均呈现单波峰的特点,曲线先上升后下降;累积分布曲线趋势也基本一致,呈先陡升后缓升的趋势;随着气流孔径增大及气体流量增大,液滴体积分布曲线的峰值增大,小尺寸雾化液滴数目增多;累积分布曲线略向左偏移,较小雾化液滴的占比增加。(3)在距喷嘴不同轴向距离处,不同气流孔径的喷嘴沿径向的轴向速度分布规律不同;对于气流孔径为10.0 mm的喷嘴,不同气体流量条件下,液滴轴向速度在流向断面的分布规律基本一致。(4)在同一气体流量条件下,气流孔径为9.0 mm的雾化锥角最大,液体流量最大;随着气体流量增大,雾化锥角减小,液体流量增大。

关键词：气动雾化喷嘴剪切效应实验液滴直径液滴速度液体流量

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结构参数对气动雾化喷嘴雾化特性影响研究

沈阳航空航天大学学报 2020年第5期37卷 1-9页

作者：于浩洋刘爱虢陈思刘凯曾文沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136

为获得喷嘴结构参数对气动雾化喷嘴雾化特性的影响,通过实验测试与数值计算结合的方式对气动雾化喷嘴的雾化特性进行了研究。实验测试了不同燃油压差和雾化空气压力下喷嘴的SMD与喷雾锥角。数值计算采用VOF模型模拟了喷嘴内部的气液两... 详细信息

为获得喷嘴结构参数对气动雾化喷嘴雾化特性的影响,通过实验测试与数值计算结合的方式对气动雾化喷嘴的雾化特性进行了研究。实验测试了不同燃油压差和雾化空气压力下喷嘴的SMD与喷雾锥角。数值计算采用VOF模型模拟了喷嘴内部的气液两相流动和喷嘴结构参数对雾化特性的影响。结果表明:燃油压差对雾化特性的影响不明显,在较低的燃油压差下雾化空气压力对雾化特性影响明显;在旋流室内由于中心负压的存在,会将空气吸入旋流室,形成具有强烈湍流的空气芯;不同结构参数对喷嘴雾化参数的影响不同,喷口直径d 1对流量系数的影响最大,喇叭口角度α对液膜厚度的影响最大,旋流片倾斜角β对喷雾锥角的影响最大。为达到满意的燃油雾化质量,应对喷嘴的结构参数进行优化。

关键词：气动雾化喷嘴流量系数液膜厚度结构参数数值模拟雾化特性

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新型旋流式与内混式气动雾化喷嘴比较

石油化工设备 2002年第2期31卷 24-26页

作者：王立荣兰州石化公司炼油厂甘肃兰州730060

阐述了新型旋流式气动雾化喷嘴的特点 ,利用激光测速测粒仪详细测量了在不同雾化介质压力与相同气液比下该喷嘴的雾化特性 ,并与现国内外采用的内混式气动喷嘴进行比较。该喷嘴在加热炉中长期使用表明 ,其性能明显优于内混式气动喷嘴。

关键词：旋流式内混式气动雾化喷嘴雾化燃烧

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液态煤油旋转爆震燃烧室雾化掺混特性

燃烧科学与技术 2024年第4期30卷 339-346页

作者：李夏飞金武秦琼瑶李建中李冬袁丽南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 北京动力机械研究所北京100074 陆军工程大学国防工程学院南京210007

本文针对一款气态煤油预混工况下可成功起爆的爆震燃烧室,设计了一种新型的燃油喷注雾化掺混结构,包括双侧喷孔喷注及内侧溅油环喷注模式.对气态预混的热态爆震特性及燃油掺混雾化特性开展了数值模拟.结果表明,内侧溅油环喷注模式有着... 详细信息

本文针对一款气态煤油预混工况下可成功起爆的爆震燃烧室,设计了一种新型的燃油喷注雾化掺混结构,包括双侧喷孔喷注及内侧溅油环喷注模式.对气态预混的热态爆震特性及燃油掺混雾化特性开展了数值模拟.结果表明,内侧溅油环喷注模式有着较好的雾化效果,而双侧喷注模式则具有较好的穿透掺混效果.确定了组合喷注方式作为燃油的喷注方式,此方案下燃油蒸发率为65%左右,燃油掺混均匀度为0.77左右.随后进行了热态验证,此喷注方案下可以实现旋转爆震波的稳定传播.

关键词：液态煤油旋转爆震燃烧室气动雾化喷嘴蒸发率掺混均匀度

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受限空间内气动雾化效果影响因素

航空发动机 2024年

作者：夏英杰胡斌石强曾文赵巍赵庆军沈阳航空航天大学航空发动机学院中国科学院工程热物理研究所中国科学院大学航空宇航学院分布式冷热电联供系统北京市重点实验室

旋流杯气动雾化喷嘴旋向及其下游受限空间会影响喷嘴下游大尺度涡的形态、大小及位置，从而影响燃油液滴在空间中的分布。针对气动雾化喷嘴下游液滴分布不均匀的问题，采用试验与数值模拟相结合的方法研究了气动雾化喷嘴下游受限空间及... 详细信息

旋流杯气动雾化喷嘴旋向及其下游受限空间会影响喷嘴下游大尺度涡的形态、大小及位置，从而影响燃油液滴在空间中的分布。针对气动雾化喷嘴下游液滴分布不均匀的问题，采用试验与数值模拟相结合的方法研究了气动雾化喷嘴下游受限空间及旋流器旋向组合对燃油液滴粒径的影响。结果表明：采用2级反向旋流方案的气动雾化喷嘴在下游受限空间内产生的大尺度回流对涡对液滴的卷吸、汇聚能力更强，测得的液滴S MD大于2级同向旋流方案液滴S MD，最大值达到2 6μm；气动雾化喷嘴下游空间径向直径由1 33 mm增加到1 73 mm，回流对涡从1对增加为2对，液滴沿轴向向上游汇聚的程度增加，直径为1 73 mm受限空间内测得的液滴S MD相比于直径为1 33 m m空间内液滴S MD，随供油压力的不同增大3～5μm；测量位置与大尺度涡结构距离越近，大尺度涡对周围液滴卷吸、汇聚作用越强，测量位置液滴S MD越大。

关键词：气动雾化喷嘴旋向组合供油压力下游受限空间雾化特性

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内混式双流体渣油雾化喷嘴的实验研究

内混式双流体渣油雾化喷嘴的实验研究

作者：安辉大连理工大学

学位级别：硕士

首先应用流体力学和两相流理论发展了内混式空气雾化喷嘴的基本计算方法，并对其结构设计和材料选择进行了分析探讨。然后，对多种不同几何结构参数的一系列喷嘴，利用两种不同粘性的工质，在四种工况参数条件下进行了大量雾化特性试验... 详细信息

首先应用流体力学和两相流理论发展了内混式空气雾化喷嘴的基本计算方法，并对其结构设计和材料选择进行了分析探讨。然后，对多种不同几何结构参数的一系列喷嘴，利用两种不同粘性的工质，在四种工况参数条件下进行了大量雾化特性试验，分析研究了油孔面积、气孔面积、气孔数、气液交角、喷孔面积等几何参数和气液比、油压、气压、混合室压力等工况参数对液雾平直径MMD的影响规律。第三部分，基于上述试验得出的定性结论，针对炼油厂常减压加热炉，设计和试验研究了一种新型内混式气动雾化重油喷嘴，取得了有很好应用价值的喷嘴设计用试验数据，得出了合理选择这种喷嘴结构形式、几何尺寸、喷嘴混合腔压力以及气液质量比的方法，可以同时得出很好的雾化细度以及要求的火焰长度(刚度)。所设计喷嘴已投入，并在常减压加热炉取得3—7％的节油效果。最后，基于先进的气泡雾化理论，把气泡雾化的机理应用于内混空气雾化喷嘴的设计中，设计出了三次雾化内混式空气雾化喷嘴，进行了喷雾实验、流量特性试验和喷油点火试验。实验表明：这种喷嘴具有雾化粒度小且气耗小的特点，可以成为一种高效节能喷嘴。

关键词：气动雾化喷嘴燃料油设计