超声速条件下亚毫米液滴的变形破碎模态

以超声速气流中液滴变形破碎行为为研究内容,对水平激波管中承受激波冲击的亚毫米水液滴(0.44~1.09 mm)变形破碎过程进行了观测,实验激波马赫数范围为1.07~2.11。利用纹影法,结合高分辨率高速相机对不同破碎模态下液滴的变形破碎特征进行了记录,得到了袋状、多模态、剪切和爆炸式等破碎模式下的液滴纹影图像,分析了液滴运动参数的时空关系。得出了液滴变形阶段,液滴无量纲横向变形宽度以及液滴无量纲迎风面位移随无量纲时间的变化发展规律,并且得出在液滴初始直径相同时,不同液滴破碎模式的无量纲最大横向变形宽度的变化,其中袋状、多模态、剪切破碎模式的无量纲横向最大变形宽度均在1.15~1.61范围内变化,爆炸式破碎模式的无量纲横向最大变形宽度均在0.21~0.68范围内变化。

激波与亚毫米液滴相互作用的二维和三维数值模拟研究

为了研究激波与亚毫米液滴相互作用过程,基于现有的实验结果,利用Fluent平台,采用VOF (Volume of Fluid)多相流模型和k-ε湍流模型,通过二维数值模拟分析了不同韦伯数(We)对亚毫米液滴变形演化过程的影响规律,通过三维数值模拟揭示了亚毫米液滴爆炸式破碎机理。结果表明,韦伯数对液滴变形有促进作用,韦伯数越大,液滴在压缩变形阶段所需要的时间越短;在气动力不变的条件下,相同液滴直径条件下,马赫数越大,液滴所受的气动力越大,液滴质心位移的无量纲加速度越大,低韦伯数下液滴的横向展开速率随韦伯数增大而减小,而高韦伯数下液滴的横向展开速率随韦伯数增大而增大。数值模拟结果与对比实验结果相近,有效阐明了韦伯数对亚毫米液滴变形的作用。