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喷注角度对超声速气流中液体横向射流的影响

推进技术 2022年第6期43卷 234-244页

作者：赵家丰聂万胜仝毅恒任永杰朱杨柱林伟航天工程大学宇航科学与技术系北京101416

为探索超声速气流中变角度组合射流对喷注雾化过程的影响,采用高速摄影和基于KHRT破碎模型的欧拉-拉格朗日数值仿真方法开展研究,仿真结果和实验吻合较好。研究表明,同一流量下逆流喷注,可以较为有效地增强混合效果,提升射流穿透深度。... 详细信息

为探索超声速气流中变角度组合射流对喷注雾化过程的影响,采用高速摄影和基于KHRT破碎模型的欧拉-拉格朗日数值仿真方法开展研究,仿真结果和实验吻合较好。研究表明,同一流量下逆流喷注,可以较为有效地增强混合效果,提升射流穿透深度。带扩张型面内液雾穿透深度呈现先增大后降低的趋势。等流量条件下顺流双孔喷注有效截面面积大体一致,略低于单孔直喷。等效流量下逆流喷注所得液雾截面面积收益最为明显。截面平均粒径方面,单孔喷注雾化粒径基本一致,顺流双孔喷雾粒径较小。等压降顺流对喷由于流量较大,雾化质量相对较差,平均粒径最大。

关键词：超声速气流喷注角度液体射流扩张型面高速摄影欧拉-拉格朗日方法

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同轴气流式液体射流分裂液滴粒径研究

力学学报 2022年第2期54卷 405-413页

作者：郭立梅吕明宁智北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

针对同轴气流式液体射流分裂液滴粒径预测模型缺乏的现状,结合射流线性稳定性理论,建立了基于临界模数的同轴气流式黏性液体射流分裂液滴粒径表达式,在此基础上,分别研究了气流旋拧(气流同时存在轴向和周向运动)及流体物性(气体可压缩... 详细信息

针对同轴气流式液体射流分裂液滴粒径预测模型缺乏的现状,结合射流线性稳定性理论,建立了基于临界模数的同轴气流式黏性液体射流分裂液滴粒径表达式,在此基础上,分别研究了气流旋拧(气流同时存在轴向和周向运动)及流体物性(气体可压缩性、液体黏性、气液密度比和表面张力)对液滴粒径的影响规律.研究发现:周围气流轴向引射作用和同轴旋转作用均会导致分裂液滴粒径整体呈先增大后减小的趋势;且在气流仅作同轴旋转运动时,相同临界模数下气流旋转对分裂液滴粒径的影响较小.在本文的研究参数范围内,分裂液滴粒径随气体可压缩性和气液密度比的增加而减小,随液体黏度和表面张力的增加而增加;其中,气体可压缩性在气流作同轴旋转运动时作用效果更强,液体黏度在气流作同轴引射运动时效果更为显著.研究结果对同轴气流式液体射流的分裂液滴粒径预测具有一定的理论意义和工程应用价值.

关键词：液体射流同轴气流液滴粒径临界模数

横向气膜作用下液体射流在近喷孔区域的破碎雾化特性

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物理学报 2022年第11期71卷 227-237页

作者：金烜沈赤兵国防科技大学空天科学学院高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

为了深入理解横向气膜作用下液体射流的破碎雾化特性,设计了一种以空气和水为模拟介质的针栓喷注单元,并通过两相流大涡模拟和背景光成像对大气环境下其近喷孔区域内的液体射流破碎过程和动态特性进行研究.通过大涡模拟液体射流的表面... 详细信息

为了深入理解横向气膜作用下液体射流的破碎雾化特性,设计了一种以空气和水为模拟介质的针栓喷注单元,并通过两相流大涡模拟和背景光成像对大气环境下其近喷孔区域内的液体射流破碎过程和动态特性进行研究.通过大涡模拟液体射流的表面波主导破碎过程得到了针栓喷注单元近喷孔区域的喷雾场建立过程,亚声速气流离开狭缝后膨胀加速为超声速气流,经过液体射流上游的脱体弓形激波后减速增压.而在液体射流上下游之间的压差作用下,射流往下游发生弯曲的同时迎风面出现Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定表面波;随着表面波的发展,气流穿透表面波的波谷位置导致连续射流发生断裂.正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法可有效重构瞬时喷雾图像,POD模态表明近喷孔区域的低频和高频喷雾振荡分别由喷雾场的整体扩张/收缩过程和液块或者液雾团在迎风面的“撞击波”型运动引起,而后者的形态属于受连续液体射流断裂前的R-T不稳定表面波影响而产生的行波结构,其无量纲行波波长与韦伯数呈幂次律关系.

关键词：横向气膜液体射流破碎雾化

基于自适应网格的超声速液体射流破碎过程研究

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推进技术 2020年第7期41卷 1571-1579页

作者：周曜智李清廉李晨阳国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073 国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

为研究超声速气流中液体横向射流的破碎过程,采用脉冲背景光方法和VOF方法开展了实验和数值研究。为提高液体横向射流中气液界面和气流场特征捕捉的精确性,采用自适应网格技术对于气液界面、激波出现位置进行网格细化,计算得到了较为精... 详细信息

为研究超声速气流中液体横向射流的破碎过程,采用脉冲背景光方法和VOF方法开展了实验和数值研究。为提高液体横向射流中气液界面和气流场特征捕捉的精确性,采用自适应网格技术对于气液界面、激波出现位置进行网格细化,计算得到了较为精细的气液界面、激波特征及涡系结构。研究结果表明:在低成本仿真模拟条件下,利用自适应网格计算得到的射流轨迹和轮廓与实验吻合较好,射流轨迹的最大误差为10%;射流初始段在超声速气流条件下,仍然存在一段高度约为1.9倍喷孔直径且圆柱形态保持较好的连续光滑液柱。随着喷注压降的升高,液柱的长度逐渐增大;主流气体流经液柱发生三维绕流,在射流附近和近壁面区域形成不断演化的反转涡对,反转涡对的形成加速了液体射流一次破碎过程。

关键词：超声速气流液体射流自适应网格反转漩涡对二次激波

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液体横向射流在气膜作用下的破碎过程

物理学报 2021年第5期70卷 224-235页

作者：张彬成鹏李清廉陈慧源李晨阳国防科技大学空天科学学院高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073

为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程,采用背景光成像技术及VOF TO DPM方法进行了实验研究和仿真研究,模拟介质为水和空气.研究结果表明,液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程:柱状破碎和表面破碎.Rayleigh-Taylor(R-T)不... 详细信息

为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程,采用背景光成像技术及VOF TO DPM方法进行了实验研究和仿真研究,模拟介质为水和空气.研究结果表明,液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程:柱状破碎和表面破碎.Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性产生的表面波是液体射流发生柱状破碎的主要原因,气流穿透表面波的波谷导致射流柱破碎,破碎后的液丝沿流向逐渐发展呈带状分布.Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性产生的表面波是液体射流发生表面破碎的主要原因,液丝和液滴从射流表面剥离.局部动量比对液体横向射流的破碎过程具有重要影响,当局部动量比较低时,液体射流的破碎由K-H不稳定性主导;随着局部动量比的增大液体射流的破碎逐渐由R-T不稳定性主导.液体射流的破碎长度及穿透深度均随局部动量比的增大而增大.

关键词：液体射流破碎过程表面波气膜

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液体射流喷入横向气流混合特性研究进展

航空学报 2014年第1期35卷 46-57页

作者：林宇震李林张弛徐华胜北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力科技重点实验室北京100191 中国燃气涡轮研究院四川成都610500

随着低污染燃烧技术的发展,液体射流在横向亚声气流中的液雾混合特性越来越受到关注。因此对液体射流在横向亚声气流中的研究进展进行了综述,综述内容主要包括3个方面:液体射流在横向气流中雾化破碎;液体射流的穿透深度;液雾在横向气流... 详细信息

随着低污染燃烧技术的发展,液体射流在横向亚声气流中的液雾混合特性越来越受到关注。因此对液体射流在横向亚声气流中的研究进展进行了综述,综述内容主要包括3个方面:液体射流在横向气流中雾化破碎;液体射流的穿透深度;液雾在横向气流中的散布和输运。大部分研究工作是针对单个直射式液体射流喷入均匀横向气流中的,也有研究考察了燃油脉动、气流不均匀或者旋转气流条件下射流在横向气流中的混合特性,然而对多喷射点或气动雾化直射式喷嘴形成的液雾在横向气流中的混合特性的研究工作开展的相对较少。最后对液体射流在横向气流中的国内外试验研究工作进行了简要的概括。通过对国内外相关研究进展的概括,并且以先进航空发动机低排放燃烧室中的雾化方式为背景,提出了液体横向射流混合特性研究应进一步完善的工作内容。

关键词：液体射流横向气流混合破碎穿透深度低污染

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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

超声速气流中液体横向射流的非定常特性与振荡边界模型

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物理学报 2016年第9期65卷 178-186页

作者：吴里银王振国李清廉李春国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073

针对液体圆柱射流垂直喷入超声速横向气流中的非定常分布特性开展实验研究,并建立穿透深度方向上的射流振荡分布模型.利用脉冲激光背景成像方法 "冻结"拍摄马赫2.1(Ma=2.1)气流中煤油射流/喷雾瞬态图像,结合最大类间方差法(Otsu)和Cann... 详细信息

针对液体圆柱射流垂直喷入超声速横向气流中的非定常分布特性开展实验研究,并建立穿透深度方向上的射流振荡分布模型.利用脉冲激光背景成像方法 "冻结"拍摄马赫2.1(Ma=2.1)气流中煤油射流/喷雾瞬态图像,结合最大类间方差法(Otsu)和Canny算法提取瞬态图像特征,基于统计方法并引入间歇因子(γ)定量描述射流振荡分布特性;通过研究多参数协同作用下的射流振荡分布规律,提出振荡分布数学模型,研究的参数变量包括超声速来流总压(642—1010 k Pa)、液体喷注压降(0.36—4.61 MPa)、液体喷嘴流道直径(0.48 mm/1.0 mm/1.25 mm/1.52 mm)、距离喷嘴的流向距离(10—125 mm)以及液气动量通量比(0.11—7.49).研究中利用射流振荡分布模型成功预测出水射流在Ma=2.1气流中的的振荡分布,预测分布与实验结果符合良好.

关键词：超燃冲压发动机振荡分布超声速横向气流液体射流

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喷嘴结构改进及其液体射流过程颗粒团聚研究

化工学报 2019年第A2期70卷 169-180页

作者：杨宁周云龙马书生东北电力大学能源与动力工程学院吉林省吉林市132012 多能源互补高效供能管理技术国家地方联合工程实验室吉林省吉林市132012

在重质原料液的射流阶段降低反应温度会导致液体呈现不同的黏度,促使颗粒聚集形成不同尺寸的团聚结构,阻碍了原料液的热量传递,减缓了裂化反应的速率,颗粒团聚是流体焦化反应工艺面临的一个重要而又具有挑战性的问题。选用水-沙系统模... 详细信息

在重质原料液的射流阶段降低反应温度会导致液体呈现不同的黏度,促使颗粒聚集形成不同尺寸的团聚结构,阻碍了原料液的热量传递,减缓了裂化反应的速率,颗粒团聚是流体焦化反应工艺面临的一个重要而又具有挑战性的问题。选用水-沙系统模拟热态沥青-焦炭系统,利用气罩装置改进喷嘴结构,基于电导信号法测量多黏度液体射流过程的电导信号随时间的变化规律,研究不同条件下流化床内颗粒团聚过程。研究结果表明:多孔气罩装置可以为喷嘴射流创造理想的稀相环境,避免了液滴在射流空腔以及交换区域的聚集和压缩;液体射流在床层扩散过程中可以观察到不同的流化阶段,即颗粒润湿阶段、团聚形成阶段、团聚隔离阶段;较高的气液比可以有效地阻止颗粒团聚,相比于较低的流化气速,较高的气速条件允许高黏度糖水溶液参与液体射流。本研究为多黏度液体射流过程颗粒团聚现象的在线监测提供了理论研究基础,确保了流化床内射流液滴与颗粒表面的良好接触。

关键词：喷嘴结构黏度流化床液体射流颗粒流