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液体火箭发动机离心式喷嘴振荡喷雾特性现状和发展趋势

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国防科技大学学报 2023年第3期45卷 1-19页

作者：姜传金任永杰仝毅恒谢远楚威李修乾航天工程大学宇航科学与技术系北京101416

为加深对振荡喷雾的雾化特性及其与不稳定燃烧的关系的认识,针对低温推进剂液体火箭发动机中广泛应用的气液同轴离心式喷嘴和液液同轴离心式喷嘴,从受激振荡、自激振荡以及喷雾振荡与燃烧稳定性三个方面对研究现状进展进行了综述,总结... 详细信息

为加深对振荡喷雾的雾化特性及其与不稳定燃烧的关系的认识,针对低温推进剂液体火箭发动机中广泛应用的气液同轴离心式喷嘴和液液同轴离心式喷嘴,从受激振荡、自激振荡以及喷雾振荡与燃烧稳定性三个方面对研究现状进展进行了综述,总结了以往研究中的成果以及需要克服的关键技术难题,以加深对振荡喷雾及其与燃烧稳定性关系的认识。通过综述可知:对于受激振荡,对于常温常压条件下的供应系统流量振荡引起的前端压力振荡的研究比较充分,但缺少对燃烧室压力变化引起的反压振荡的研究以及超临界条件下喷雾受激振荡的研究;对于自激振荡,研究主要集中在液体中心型同轴离心喷嘴,对于气体中心型同轴离心喷嘴和液液同轴离心喷嘴的研究还较少;光学诊断技术仍难以提取单一的燃烧流场信息。

关键词：液体火箭发动机离心式喷嘴受激振荡自激振荡燃烧不稳定

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离心式喷嘴结构参数的多目标优化设计

机械设计与制造 2023年第8期 60-65页

作者：盛鑫侯力游云霞彭真臻四川大学机械工程学院四川成都610065

为提高某型号航空燃油离心式喷嘴的综合雾化性能,对喷嘴的结构参数进行优化设计。基于流体体积(VOF)模型,模拟了喷嘴的内外流场,并通过试验验证了仿真模型的可靠性。为节省多次试验和数值模拟的成本,基于响应面法(RSM)建立了以喷嘴扩张... 详细信息

为提高某型号航空燃油离心式喷嘴的综合雾化性能,对喷嘴的结构参数进行优化设计。基于流体体积(VOF)模型,模拟了喷嘴的内外流场,并通过试验验证了仿真模型的可靠性。为节省多次试验和数值模拟的成本,基于响应面法(RSM)建立了以喷嘴扩张段长度、等直段直径、等直段长度、收缩半角、扩张半角为设计变量,雾化锥角和质量流率为响应变量的代理计算模型。基于得到的表达式,分析了设计变量对响应变量的贡献度和交互影响作用,结果表明:扩张半角对雾化锥角的贡献最大,呈正相关;质量流率受等直段直径的影响最为显著,随着等直段直径的增加而增加,但随着收缩半角的增大而减小。以雾化锥角和质量流率为优化目标,采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化,优化结果表明:优化后的结构参数使得离心式喷嘴的雾化锥角和质量流率分别提高了8.3%和32.4%。

关键词：离心式喷嘴雾化锥角质量流率响应面模型多目标优化

离心式喷嘴在小尺度受限空间雾化特性的实验研究

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推进技术 2013年第7期34卷 944-949页

作者：赵娜余永刚南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094

为了了解小尺度受限空间中离心式喷嘴的雾化特性,设计了四旋流槽离心式喷嘴和小尺度模拟燃烧室,采用相位多普勒粒子动态分析仪(PDA),观测了喷射压力对模拟燃烧室内雾化性能的影响。引入离散系数cv对喷雾场雾化参数的周向分布规律进行了... 详细信息

为了了解小尺度受限空间中离心式喷嘴的雾化特性,设计了四旋流槽离心式喷嘴和小尺度模拟燃烧室,采用相位多普勒粒子动态分析仪(PDA),观测了喷射压力对模拟燃烧室内雾化性能的影响。引入离散系数cv对喷雾场雾化参数的周向分布规律进行了着重分析。结果表明:模拟燃烧室内,喷射压力越大,液滴索特尔平均直径D32的值越小;在z∈[41.5,94.2]的轴向距离范围内,喷射压力对vz的影响不明显。由于壁面作用,液滴D32的周向分布均匀性随着径向距离的增加变差;距离喷嘴出口越远处,液滴D32的周向分布均匀性越好。在喷射压力相同条件下,同一喷嘴在模拟燃烧室内雾化参数的周向分布均匀性比在大气环境中波动更大。

关键词：小尺度空间离心式喷嘴雾化周向分布

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离心式喷嘴充填过程内部流动特性仿真

航空动力学报 2018年第4期33卷 944-951页

作者：陈慧源康忠涛成鹏李清廉国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室长沙410073 国防科技大学空天科学学院长沙410073

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)模拟了离心式喷嘴充填过程中的内部流动特性。研究了气液界面随时间的变化过程,发现了充填过程中气核收缩和旋转液膜的现象;通过提取气相体积分数等值线的方法计算了充填过程中喷嘴出口液膜... 详细信息

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)模拟了离心式喷嘴充填过程中的内部流动特性。研究了气液界面随时间的变化过程,发现了充填过程中气核收缩和旋转液膜的现象;通过提取气相体积分数等值线的方法计算了充填过程中喷嘴出口液膜厚度和喷雾锥角的变化。结果发现:液膜厚度随出口流量的增大而增大,出口喷雾锥角随出口流量的增大而减小;描述了喷嘴旋流室内的回流现象,分析了充填完成后的压力场和速度场分布,发现在压降和气液作用的共同影响下,中心气核轴向速度沿轴向先增后减。

关键词：充填过程内部流动特性离心式喷嘴数值仿真流体体积法

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离心式喷嘴液膜破碎过程实验

推进技术 2011年第4期32卷 539-543页

作者：刘娟李清廉刘卫东王振国国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

为了研究离心式喷嘴出口液膜破碎以及雾化锥角变化规律,对直径2.5~6 mm之间6个不同直径、不同几何特性参数的离心式喷嘴运用高速阴影设备进行实验,喷注压降从0.1~3 MPa,每次实验间隔0.2 MPa。通过实验,得到液膜破碎长度、液膜锥角随喷... 详细信息

为了研究离心式喷嘴出口液膜破碎以及雾化锥角变化规律,对直径2.5~6 mm之间6个不同直径、不同几何特性参数的离心式喷嘴运用高速阴影设备进行实验,喷注压降从0.1~3 MPa,每次实验间隔0.2 MPa。通过实验,得到液膜破碎长度、液膜锥角随喷注压降、喷孔直径以及几何特性参数的变化规律。随着喷注压降的增加,液膜破碎长度减小,液膜锥角增大,该种类型喷嘴破碎长度在40 mm左右,液膜锥角不大于60°;随着几何特性参数A值增加,同一喷注压降下的液膜破碎长度增大,液膜锥角增加;将液膜锥角实验结果与Abromvich,Lefebvre等理论公式进行了比较,在常用的喷嘴特性参数范围内,液膜锥角的变化趋势与理论公式相吻合,但实验值远小于公式计算值。

关键词：离心式喷嘴高速阴影破碎长度液膜锥角

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离心式喷嘴一次破碎与二次雾化的数值模拟

火箭推进 2022年第4期48卷 13-20页

作者：徐文高新妮胡保林杨建文杨斌王莹上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 西安航天动力研究所陕西西安710100

离心式喷嘴具有轴向较大的旋转速度分量,在其诱导下会产生空气芯,使得喷嘴出口处产生空心锥液膜。空心锥液膜会发生一次破碎和二次雾化,流动行为较为复杂。采用流体体积函数转换成离散相模型(VOF-to-DPM)这种结合了流体体积法和欧拉—... 详细信息

离心式喷嘴具有轴向较大的旋转速度分量,在其诱导下会产生空气芯,使得喷嘴出口处产生空心锥液膜。空心锥液膜会发生一次破碎和二次雾化,流动行为较为复杂。采用流体体积函数转换成离散相模型(VOF-to-DPM)这种结合了流体体积法和欧拉—拉格朗日方法的多相流模型,并结合自适应网格细化方法,针对双切向孔离心式喷嘴雾化流场特性展开研究。分析了空心锥液膜的产生、发展到发生一次破碎和二次雾化的全过程。结果表明:基于VOF-to-DPM多相流模型模拟所得喷嘴雾化角与实验所测得雾化角基本吻合,验证了所提数值模型的可靠性;计算过程中自适应网格的存在可以更加准确地模拟液膜的形成;空心锥液膜从发展到发生一次破碎的过程中,随着质量流量的增加而更加稳定;液膜二次雾化所产生的液体颗粒总数随着质量流量的增加而减少,且颗粒粒径大小分布更加均匀。

关键词：离心式喷嘴数值模拟 VOF-to-DPM 空心锥液膜一次破碎二次雾化

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离心式喷嘴喷雾数值仿真研究

热能动力工程 2020年第7期35卷 65-70页

作者：赵秀婷卢燕高兴勇贵州理工学院机械工程学院贵州贵阳550003 贵州理工学院工程训练中心贵州贵阳550003

为了提高航空发动机喷嘴喷雾性能,利用多相流技术和雷诺应力湍流模型,对离心式喷嘴的副油路进行数值模拟,并将出口流量模拟结果与实验数据进行对比,两者结果吻合良好。模拟结果表明:对旋流槽等喷口附近区域进行网格细化可以得出与实际... 详细信息

为了提高航空发动机喷嘴喷雾性能,利用多相流技术和雷诺应力湍流模型,对离心式喷嘴的副油路进行数值模拟,并将出口流量模拟结果与实验数据进行对比,两者结果吻合良好。模拟结果表明:对旋流槽等喷口附近区域进行网格细化可以得出与实际相符的流体对称分布仿真结果;92°锥角的喷嘴喷雾分布、雾化角优于90°锥角,改变喷嘴内部锥度可以改善其雾化特性。

关键词：离心式喷嘴副油路两相流锥度

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基于VOF方法模拟离心式喷嘴内部流动过程

航空动力学报 2011年第9期26卷 1986-1994页

作者：刘娟李清廉王振国吴海燕国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)模拟了离心式喷嘴内部的流动过程,得到了液相填充喷嘴内部的过程,初始时刻,气液界面出现褶皱,随着进入液体的增多,褶皱逐渐消失;着重分析了喷嘴各个部位速度、压力分布,由于气液两相的存在,... 详细信息

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)模拟了离心式喷嘴内部的流动过程,得到了液相填充喷嘴内部的过程,初始时刻,气液界面出现褶皱,随着进入液体的增多,褶皱逐渐消失;着重分析了喷嘴各个部位速度、压力分布,由于气液两相的存在,喷嘴内部流场变得异常复杂,流场分布不能用单相流的模式分析,总压损失大部分存在于喷嘴收缩段以及直管段,增大收缩段锥角、减小收缩段长度有利于减小总压损失;在喷嘴出口处设置一定扩张角,能够增加液相速度,减小液膜厚度,有利于雾化.

关键词：流体体积法离心式喷嘴总压损失液膜厚度雾化

基于Gerris的离心式喷嘴锥形液膜破碎过程数值模拟

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推进技术 2018年第5期39卷 1041-1050页

作者：王凯杨国华李鹏飞张民庆周立新西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室陕西西安710100 西北工业大学航天学院陕西西安710072 航天推进技术研究院陕西西安710100

为了实现离心式喷嘴锥形液膜破碎过程的精细可视化和雾化特性的准确计算,基于自适应网格加密技术和VOF方法,建立了一种数值方法,可以捕捉到包含一次雾化和二次雾化的喷雾场结构特征,获得了全场液滴的空间分布和粒径分布,液滴捕捉效果逼... 详细信息

为了实现离心式喷嘴锥形液膜破碎过程的精细可视化和雾化特性的准确计算,基于自适应网格加密技术和VOF方法,建立了一种数值方法,可以捕捉到包含一次雾化和二次雾化的喷雾场结构特征,获得了全场液滴的空间分布和粒径分布,液滴捕捉效果逼真。针对给定结构尺寸的敞口型离心式喷嘴,计算了在不同流量和不同切向孔直径下的液膜锥角、液滴平均粒径SMD的变化,并与高速摄影拍摄的锥形液膜破碎过程图像和PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer)测量的液滴SMD对比。结果表明,数值模拟与实验所获得的喷雾场吻合,获得的液膜锥角和液滴平均粒径最大相对误差分别为4.18%和11.82%,结果吻合较好,验证了数值方法的准确性,为离心式喷嘴的精细研究和设计应用提供一种新手段。研究表明,切向孔直径对液膜锥角和液滴平均粒径的影响较显著,在设计加工时,是一个比较重要的结构参数。

关键词：离心式喷嘴锥形液膜破碎过程雾化特性