孔径比和动量比对双股射流撞击式雾化影响分析

采用移动粒子半隐式(MPS)法和GPU并行加速技术,对双股射流撞击式雾化过程进行了数值模拟,分析了射流孔径比和动量比的变化对雾化特性参数的影响。模拟成功捕捉到了典型工况下一次雾化液膜破碎成液丝、液丝进一步破碎成液滴的全过程。获得了喷雾扩散角、液膜破碎长度、雾化液滴索特尔平均直径和雾场偏斜角等雾化特性参数。数值结果表明,孔径比的变化会引起雾场一定程度的偏斜,形成凹形液膜;动量比主要影响雾场的偏斜程度,动量比从1.0变化到2.0时,雾场偏斜角从0°增加到21°;孔径比和动量比的增大会引起喷雾扩散角的增大,但变化幅度较小;孔径比和动量比的增大都会使得液膜破碎长度和雾化液滴的索特尔平均直径增大。

移动粒子半隐式方法GPU加速的双股射流撞击雾化模拟

为实现双股射流撞击雾化过程的高效数值求解并探究射流速度和撞击角度对雾化特性的影响规律,实现了移动粒子半隐式方法 (MPS) GPU加速的双股射流撞击雾化模拟。GPU加速程序的最大加速比为16,取得了较好的加速效果。将GPU加速MPS方法应用于典型工况下的双股射流撞击雾化模拟,成功捕捉到了多尺度的液膜形成、液膜破碎成液丝继而破碎成液滴的瞬态过程,模拟得到的液膜破碎长度及雾化角度与试验较为吻合,误差分别为11.7%和0.5%,验证了GPU加速MPS方法在双股射流撞击雾化问题中处理能力。参数化分析了射流速度和撞击角度对液膜破碎长度、雾化角度及一次雾化液滴索尔直径的影响。结果表明撞击角度增加或者射流速度增加均会导致液膜破碎长度减小、雾化角度增加、一次雾化液滴索尔直径减小。

双股射流撞击雾化的无网格MPS法数值研究

为研究质量流量和撞击角对双股射流撞击雾场的影响规律,采取移动粒子半隐式(MPS)法对双股射流撞击雾化过程进行数值模拟,针对数值模拟结果提出了用于液滴空间弥散状态研究的染色法并对雾场进行后处理分析。首先通过对泊肃叶流动和方形液滴变圆的模拟,验证了充分发展速度进口模型和表面张力模型的正确性:随后通过分析质量流量和撞击角对雾化特性参数的影响,得到了典型工况下雾化后液膜生成并破碎为液丝、液丝发展为液滴的全过程。最终得到结论:质量流量从5g/s增加到25g/s,液滴平均粒径减少80.00%,雾化角增加42.13%;撞击角从30°增加到90°,液滴平均粒径减少94.22%,雾化角增加59.95%;当质量流量为20g/s,撞击角为75°时,雾化场能达到相对最优的状态。

渐扩边界形状对双股燃气射流扩展特性影响的实验研究

为了研究控制整装式液体发射药火炮内弹道稳定性的方法,设计了不同结构的多级圆柱渐扩型观察室,采用数字高速录像系统,观察并讨论了双股燃气射流在液体药模拟工质中的扩展过程,对比了不同的渐扩结构、喷射压力、喷孔中心间距、喷嘴直径等参数对双股燃气射流在液体工质中扩展特性的影响。实验结果表明,多级渐扩型结构能够有效控制气液的湍流掺混特性,且喷射压力较大时,双股燃气射流沿轴向扩展较为迅速,气液的湍流掺混也较剧烈;而喷孔间距较大时,双股燃气射流的轴向扩展速度相对较小,射流沿着径向扩展较为明显,双股燃气射流最终发生汇聚的时间也较晚。

单双股水射流冲击破除混凝土效果对比研究

多股水射流联合破碎技术是工程中有效提高水力破除混凝土效率的主要形式,然而目前关于水射流破碎混凝土的理论研究主要针对单股水射流。该研究基于光滑颗粒SPH流体力学和FEM有限元耦合方法,建立了单双股水射流冲击混凝土的数值模型,并对比分析了单双股水射流的破坏过程以及破坏坑深度、宽度、面积和应力演化特征。研究结果表明:单股水射流能量集中适用于单点深度破坏,相比之下双股水射流能量较为分散,适用于大面积浅深度的表层破坏;在相同能量下,单股水射流的能量密度比双股水射流集中,单股水射流的冲击深度效率比双股水射流提升了20.99%,双股水射流的冲击宽度效率比单股水射流提升了32.2%;从面积方面来看,双股水射流的冲击破坏效率比单股水射流提升了11.1%;应力分析显示,双股水射流应力可以叠加增幅,其比单股水射流冲击混凝土产生额外的损伤破坏。该研究为水射流在实际工程中的应用提供了参考。

喷嘴间距对双股平面射流冲刷的影响

喷嘴间距是影响射流冲刷效果的关键参数。利用FLOW-3D软件对双股平面射流的沙床冲刷进行了数值模拟。固定沙床粒径和冲刷靶距,比较了不同喷嘴间距下冲刷沙坑的形状、深度和面积,分析了冲刷形成的流场和浓度分布。研究发现,两股射流之间会形成漩涡,这种漩涡会消耗射流的能量,但同时又促使中间区域沙床的泥沙残留减小。在某一喷嘴间距下冲坑的深度会出现极小值,设计喷射机具时应避免此种布置。同时存在最佳喷嘴间距,可确保冲刷区域无残留浅点条件下冲坑深度和面积达到最大,获得较佳的冲刷效果。

双股燃气射流在充液室内扩展特性的实验研究

为了探索高温高压双股燃气射流在整装式液体工质中的扩展特性,设计了五级圆柱渐扩型观察室和圆柱型观察室,借助数字高速录像系统,观察了双股燃气射流在充液室中的扩展过程,对比了不同的观察室边界以及不同的参数条件对双股燃气射流扩展过程的影响。实验结果表明,圆柱渐扩型观察室结构更有助于改善气液的掺混特性,通过参数的合理匹配可以一定程度上控制双股燃气射流在三维充液室中的扩展过程。

幂律流体双股碰撞雾化特征的实验研究

为深入研究双股射流碰撞系统的雾化特性,基于双股射流碰撞雾化实验台,采用PIV测速仪,通过改变双股射流的射流不对称性、添加氮气气流扰动以及添加金属铝粒子,来实验探究上述因素对于幂律流体雾化的影响.实验结果表明:韦伯数较小时,幂律流体以一定偏心度碰撞会形成链状液膜,链结长度随偏心度增大而减小;当双股射流以不同长度撞击时,幂律流体会出现鱼骨模式,该现象在0.15%卡波姆凝胶中较为明显;添加气流扰动能增大幂律流体液膜表面波的强度,导致液膜宽度变薄、液膜边缘提前破裂,并且当韦伯数较小时,液滴索太尔平均直径减小;添加金属粒子使幂律流体强度变低,最大破碎长度变小,提前进入各个破碎模式,更早达到液滴平均直径收敛值.采用一定的偏心度,适当加入气流扰动和金属粒子,有助于改善幂律流体雾化性能.