不同环境背压和环境温度下的液氨喷雾微观特性

为以液氨为内燃机燃料来实现低碳化和零碳化,实验研究了液氨喷雾的微观雾化特性。采用激光粒径微观成像(PDIA)方法,使用单孔喷油器,在低喷射压力(1 MPa)、环境背压100、200、400、600 kPa、环境温度293、313、333 K下,进行喷雾实验。获得了液滴概率密度分布函数(PDF)、累计体积分布函数(CDF)、Sault平均直径(SMD)和液滴数量密度等微观参数。结果表明:液氨喷雾在低环境背压下雾化效果好,喷雾中小液滴数量多,SMD较小,增大环境背压,喷雾概率密度分布和累计体积分布曲线向大粒径方向移动,大液滴数量增加,液滴数量密度减小;液氨液滴概率密度分布、累计体积分布和SMD几乎不会随环境温度的变化而变化,但增加环境温度可以增强液氨喷雾的蒸发,环境温度高的时候液氨喷雾蒸发增强。

针-板电极间静电雾化微射流的动力学特性

为实现静电锥射流雾化所产生液滴的粒径、速度及其空间分布特性的可控性,研究了不同雾化基液、施加电压和供应流量下静电射流的动力学特性.通过高速摄影机记录和分析了不同雾化液体在针-板电极作用下的静电雾化瞬态过程.基于大量高速图像的离线分析,获得了不同物性参数下液滴与弯液面之间液丝形态的差异、脉动锥与稳态锥射流等几种典型射流形态以及丙二醇与正辛醇雾化模式存在的参数范围等结果.研究结果表明:锥射流模式下,射流初始喷射速度接近理论值;丙二醇与正辛醇仅能产生曲张不稳定性破碎;射流破碎点位置随时间变化而改变,主要集中于量纲一的破碎长度(射流破碎长度与毛细管喷嘴外径之比)约等于12的位置;当施加电压或液体供应流量过大时,稳态锥射流模式难以保持,逐渐向分叉射流、非稳态多股射流及摆动射流等非稳态模式转变.

基于空气辅助喷射不同温度航空煤油喷雾特性可视化研究

为了探明燃油温度和喷油脉宽对空气辅助航空煤油喷雾特性的影响,在定容燃烧弹上搭建空气辅助燃油喷射系统,利用高速阴影成像技术探究了不同燃油温度和不同喷油脉宽下航空煤油的喷雾特性。研究表明,当喷油脉宽为12 ms时,高温燃油液滴更倾向于沿着喷嘴径向运动,低温燃油液滴更倾向于沿着喷嘴轴向运动,燃油温度从40℃降低到-40℃时,平均索特平均直径增大了14.7%,小粒径的占比大幅度减少;燃油温度为-40℃时大喷油脉宽下出现的“两段喷雾”对喷雾前后期的贯穿距和面积有不同的影响,喷雾卷吸幅度和宽度增大,喷油脉宽从5 ms增加到14 ms时,平均索特平均直径增加了22.2%。因此低温冷起动大喷油脉宽时,适当提高燃油温度可有效促进发动机顺利起动。

甘油/压缩空气两相喷雾动力学研究

甘油喷雾在生产和生活中有诸多应用.利用压缩空气辅助甘油喷雾可获得雾化性能良好的甘油液滴,提高甘油的利用率.本文采用双流体喷嘴在不同喷雾压力下进行甘油/压缩空气两相喷雾,使用高速摄像仪拍摄稳态喷雾形态,利用PDPA测量喷雾液滴的直径与速度的空间分布,对两相喷雾动力学进行系统的实验研究.结果表明,在实验压力条件下,甘油经压缩空气混合及二次雾化后,雾化状况良好.实验获得了液滴直径与速度的空间分布及其与喷雾压力的变化关系.

喷雾冷却液滴换热特性研究

针对热镀锌合金化炉冷却段冷却效果不佳的问题,采用数值模拟的方法对喷雾冷却装置进行传热优化。建立了单喷嘴喷雾冷却系统的物理模型和数学模型,利用FLUENT软件对喷雾区非稳态雾化场和温度场进行仿真分析,探究不同条件下雾化场液滴的分布、液滴速度和液滴直径的分布规律以及在钢板冷却过程中壁面温度的分布特征。结果表明,在滞止点以外的喷雾区域,液滴的分布更加均匀,并且液滴速度也更大。从喷雾中心区域到边缘区域,液滴的平均直径在不断减小。壁面的温度分布呈非线性变化,随着时间的增加,温度不均匀性减小。本研究所得结论为喷雾冷却的具体应用提供了理论基础和技术指导。

对冲喷头喷雾场液滴分布特性试验

植保扇形喷头的喷雾扇形面内不同位置处液滴直径是不相同的,呈现接近于U形分布的中间液滴直径小而两侧液滴直径偏大的情况,这导致同高度水平方向上各点处的液滴在靶标上的沉积行为不同,致使防治效果存在差异。本文对出水口孔径1 mm和切槽角30°的对冲喷头喷雾场的液滴直径分布特性进行试验,该喷头是基于射流和撞击流耦合作用的新型喷头,发现对冲喷头在喷雾扇形面内的液滴直径呈现中间区域液滴直径较大且均匀而两侧液滴直径较小的特性,如喷施压力0. 4 MPa时在300 mm高度测试面上,喷雾扇形面内中间区域液滴直径在265～268μm,而靠近两侧边缘处的液滴直径在250～252μm,这有利于解决喷杆式喷雾机大田作业时液滴直径分布不均匀的不足;并对喷头这一特性进行理论分析,提出在分裂区的3次雾化(即扰动雾化、撞击雾化和振荡雾化)是引起这一特性的根本原因。同时采用径向不均匀指数对喷雾场的液滴分布均匀特性进行定量表征分析,发现径向不均匀指数能够总体反映喷雾场的非均匀特性,当喷施压力在0. 6～0. 7 MPa范围时,径向不均匀指数在0. 47～0. 51较小范围内变化,说明在该压力范围内工作时喷头喷雾场具有良好的液滴均匀分布特性。

三旋流雾化装置中预燃级喷雾特性的实验研究

为深入研究三旋流分级燃烧室中预燃级的喷雾特性,采用煤油为工质,在接近贫油熄火状态时对某三旋流雾化装置中预燃级的雾化特性进行了实验研究。利用相位多普勒测速仪对雾化装置下游的整体喷雾场以及近场区喷雾进行了研究和分析。结果表明:下游喷雾场主要有中心回流区、高速区和喷雾边缘区,但是在X=10mm截面上高速区中存在着台阶低速区。喷雾结构由空心锥结构渐渐转变为全锥形。线平均后的液雾索泰尔平均直径SMD沿轴向增加,气流压降是液滴平均尺寸的主要影响因素。雾化装置中的雾化过程符合复合式空气雾化。在X=10mm截面的近场区,径向上各点处的液滴轴向速度基本与液滴尺寸无关,而液滴径向速度与尺寸的关系与径向位置有关。对文献中提出经验预测公式进行了修正,得到适用于该雾化装置的液滴尺寸关系式,发现在空气压降为4kPa时可忽略第三级旋流气流,一二级旋流气流是近场区液滴平均尺寸的主导因素。

喷淋液滴在空气环境下的运动特性

本文以喷淋液滴在空气环境下运动特性为工程背景,建立单个液滴在常温、常压空气环境中的动量方程,分析液滴沉降特性、追赶特性及运动轨迹行为。计算结果表明,不同喷淋液滴初始条件下,短时间内存在重力大于曳力和重力小于曳力两种情况,但最终减速液滴均会达到受力平衡状态;液滴离开喷淋头后,垂向位移均迅速增大,液滴粒径越大、初始速度越大,垂向位移增长的速率也越大,达到相同位移的用时越短;液滴尺寸、初始速度相差越大,液滴追赶所用的时间越短,追赶位移越小,液滴尺寸、初始速度越接近,液滴追赶所用的时间越长,追赶位移越大;液滴初始速度越大、初始直径越大、喷射角度越大,横向速度消失越慢,达到的横向位移越大,喷射液滴覆盖的面积也越大。计算结果有助于优化工程实际中喷淋系统的设计与布置。

掘进工作面喷雾水幕蒸发增湿特性研究

为了研究掘进工作面喷雾水幕蒸发增湿特性对巷道相对湿度的影响,建立了喷雾空间相对湿度计算模型,模拟探究了不同控制参数对掘进巷道相对湿度的影响规律。结果表明:喷雾液滴蒸发增湿数学模型可以有效预测巷道相对湿度;喷雾流量与雾化压力、风筒供风量、环境温度与湿度对巷道相对湿度具有显著的影响;优化参数既能有效降低喷雾增湿对巷道湿度的影响范围,又能提高喷雾后排湿效率。

低压双流体雾化的液滴与流场特性分析

对低压双流体雾化方式产生的气/液两相射流的喷雾宏观特性与液滴微观特性进行了研究.采用背光成像技术对喷雾宏观形态进行可视化观测,得到喷雾形态的演变以及外部扩散特性;采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对流场内的液滴速度和直径进行测量,并进一步分析液滴与气流的相互作用.结果表明:气/液混合射流产生的喷雾流场呈高度湍流状态,油、气质量比对喷雾的宏观特性和微观特性均有明显影响.液滴的索特平均直径(SMD)处于10~20μm范围内,最大液滴直径接近40μm.喷雾中的大尺度液滴难以发生剪切破碎,但存在进一步发生湍流破碎的可能.

基于燃料特性影响的喷雾特性研究

为了研究燃料特性对喷雾特性的影响,试验配置了四种掺混不同含氧燃料的柴油,在环境背压为5 MPa,喷射压力分别为90 MPa、120 MPa和150 MPa的条件下,通过喷雾可视化装置对四种试验燃料的宏观和微观喷雾特性进行了研究。结果表明,在一定的喷射压力条件下,喷雾贯穿距离(STP)随着运动粘度、密度和汽化潜热的降低而减小,平均喷雾锥角(ASA)随着运动粘度和汽化潜热的降低而略有增大。喷雾贯穿距离和喷雾面积均随着喷射压力的升高而升高,喷雾锥角随着喷射压力的升高而略有下降,索特平均直径(SMD)也随着喷射压力的升高而下降。综合评价来看柴油掺混20%的2,5-二甲基呋喃(2,5-DMF)且在150 MPa喷射压力下的喷雾特性表现最好。

倾斜条件对喷淋液滴运动特性的影响

本文以倾斜条件下喷淋液滴在空气环境下运动特性为工程背景,建立倾斜条件下单个液滴在常温、常压空气环境中动量方程,分析倾斜角度、喷射角度、液滴直径、初始速度对液滴运动轨迹的影响机理。计算结果表明:液滴初始喷射角度为45°、倾斜角度为30°时,距初始位置垂向距离为50 m的中心剖面的横向跨度约为5.5 m;倾斜角度越大、液滴直径越小、液滴初始速度越小,液滴覆盖范围越小;液滴初始喷射角度越大、液滴直径越小、液滴速度越小,倾斜角度对液滴喷射覆盖范围的影响越小;倾斜角度对倾斜同向和反向的液滴运动轨迹的影响相对大小,与液滴初始喷射角度、液滴直径和初始速度密切相关。研究还表明,液滴离开喷淋头后,按照正向和负向最大位移运动的两个液滴,液滴直径对液滴横向位移由初始状态到最大值的时间影响十分显著,而初始速度、喷射角度和倾斜角度对其影响有限。

摇摆条件下喷淋液滴运动特性研究

喷淋系统是海上浮动平台在发生失水事故或者主蒸汽管道破裂事故时,抑制有限空间内压力快速上升的重要安全设施。本文通过建立摇摆条件下喷淋液滴动力学方程,分析液滴初始直径、初始速度、喷射角度及摇摆参数对液滴在空气环境中的空间分布及运动轨迹的影响。研究表明,摇摆时,液滴离开喷头后沿相对横向位移正负向两侧依次分布,在相对横向位移达到最大前,相同喷射角度时,先离开喷头的液滴达到的相对横向位移大于后离开的液滴。液滴直径越大、初始速度越大、初始喷射角度越小,摇摆条件下液滴相对横向位移的波动幅值越大。在一定范围内适当减小液滴直径、初始速度或增大喷射角度,有利于抑制摇摆运动对液滴运动轨迹的影响。此外,摇摆条件下液滴相对横向位移的波动时间间距与摇摆周期相同,波动幅值对应的时刻与摇摆振幅一致,摇摆振幅越大,相对横向位移的波动幅值越大,但摇摆周期对相对横向位移的波动幅值无明显影响。

喷雾液滴撞壁数值研究

为研究柴油机受限空间燃烧室内喷雾液滴撞壁特性,采用流体体积法,并考虑传热及接触热阻作用,建立了液滴撞壁模型,并开展液滴撞壁数值研究,揭示了液滴撞壁微细流动传热机理。结果表明:液滴直径越大,液滴最大铺展系数越大,但液滴达到最大铺展系数所需无量纲时间与液滴直径不相关;液滴铺展系数与接触角不相关,且液滴达到最大铺展系数所需无量纲时间与接触角不相关;液滴最大铺展系数与液滴直径的平方近似线性递增;液滴最大铺展系数与雷诺数和韦伯数近似线性递增。

醇类-生物柴油混合燃料喷雾特性的试验

利用高速摄影和粒子图像分析技术(PDIA)研究了生物柴油、B 20(80%,生物柴油和20%,正丁醇)、P 20(80%,生物柴油和20%,正丙醇)和E 20(80%,生物柴油和20%,乙醇)的喷雾宏观和微观特性,主要对喷雾贯穿距离、喷雾锥角、索特平均直径(SMD)和液滴尺寸分布等喷雾特性参数进行了分析.结果表明:生物柴油、B 20、P 20和E 20的喷雾贯穿距离依次减小,平均锥角依次增大.随喷射压力和环境压力的增加,燃料的影响逐渐削弱,喷雾贯穿距离和锥角主要受喷射压力和环境压力的影响.喷射压力的升高使生物柴油和醇类-生物柴油混合燃料的SMD减小,小粒径液滴所占的比例有所上升.喷射压力为80,MPa、环境压力为1,MPa时,轴向距离为50,mm处,醇类-生物柴油混合燃料相对生物柴油SMD平均减小1.6,μm(5.7%,),不同醇类-生物柴油混合燃料间SMD也依次减小,但幅度略小.醇类与生物柴油掺混可以提高喷雾质量.

单液滴碰撞与喷雾现象

在内燃发动机中,燃油喷雾问题不仅影响了燃烧前的混合物制备,还影响了发动机性能和污染物排放,研究喷雾与壁面碰撞过程中的流体动力学和热力学问题对燃料喷射系统的发展起着推动作用。本文将对现有文献中关于内燃机喷雾壁面碰撞的研究进行总结,试图用单液滴碰撞的基本原理来描述喷雾与壁面相互作用的基本原理。

直喷汽油机喷雾碰壁特性实验研究

本文采用折射率匹配方法,在非蒸发环境下研究喷雾碰壁后形成油膜的质量、面积和厚度变化特点,获得油膜在不同容弹压力和喷射压力下变化规律并分析其原因。通过Mie散射方法,研究与上述相同工况下喷雾碰壁后油束变化规律,并与RIM实验结果进行对比。实验结果表明,容弹压力对喷雾碰壁后油膜的形成有重要作用,容弹压力较低时,油膜质量、面积和最大厚度随喷射压力的升高而减小;容弹压力较高时,油膜质量、面积和最大厚度随喷射压力的升高而增大。

单液氮液滴在气流中的蒸发运动特性研究

为了研究低温风洞中液氮喷雾降温蒸发特性,从而从微观上把握整个喷雾过程,以经典蒸发模型为基础,建立了适用于高速气流下的单液滴蒸发模型,计算了高速气流下单个液氮液滴的蒸发过程,得到其蒸发过程中液滴直径、速度、蒸发速率等参数的变化规律,并比较了环境温度、环境压力、气流速度等不同因素对各参数的影响。结果表明:环境温度对液滴蒸发速率影响较大,在100~300K环境温度下,每升高100K,2m的距离内液滴相对蒸发量大约增加18%,而对液滴运动速度则基本没有影响;气流速度越大,对流换热越强,液滴等时间蒸发速率越大,但由于蒸发距离一定,高速气流情况下的实际蒸发量减少,在上述条件下,10~30m/s的速度范围内,相对蒸发量在5%~6%;大粒径液滴具有大的绝对蒸发量,而小粒径液滴的相对蒸发量则较大;随着环境压力的增大,蒸发速率会随之增加。

空气助力式脱硫喷嘴喷雾特性试验

为降低脱硫喷嘴雾化粒径,探索空气助力对脱硫喷嘴雾化性能的影响,本文在喷雾试验平台上试验分析了自行设计的空气助力式脱硫喷嘴的雾化性能,得出不同工况下喷嘴压力、液滴粒径、喷雾角等性能参数的变化规律。结果表明:不通入气相工质时,空气助力配气结构对常规脱硫喷嘴喷雾特性影响不大;在通入一定量气相工质后,喷嘴雾化水平明显提高;当气液质量比达到0.002,液滴索太尔平均粒径SMD可降至1400μm以下;随着气液质量比的提高,雾化粒径逐渐缩小;气相工质的介入会使喷雾角大幅增加约20°。

R134a闪蒸喷雾液滴动力学特征实验研究

闪蒸喷雾是典型的气液两相流动,在能源、化工、航天、医疗生物和食品生产等领域中应用非常广泛,对闪蒸喷雾形成的气液两相流中液滴粒径与速度的分布规律进行研究具有重要意义。本文搭建了闪蒸喷雾实验台,以R134a制冷剂为闪蒸喷雾工质,通过特定喷嘴形成闪蒸喷雾气液两相流。应用PDPA对闪蒸喷雾液滴直径和速度沿喷雾轴向方向和径向方向进行系统测量,拟合出了液滴轴向和径向无量纲速度沿径向无量纲距离变化的经验关联式。