用于多射流撞击式喷嘴的湍流模型比较研究

为获得多射流撞击式喷嘴数值模拟研究中常用湍流模型的适用性和准确性,通过数值模拟分析了常用湍流模型计算的速度场,并与自行搭建的冷态测试实验台上测量的实验数据进行比较。结果表明:S-A模型过高地估计了交叉撞击流和主射流流动的湍流耗散,使得多射流交叉撞击形成的主射流更为平缓且更快衰减为平推流。RNG k-ε模型和标准k-ω模型计算的多射流经过交叉撞击后形成较强的主射流,RNG k-ε模型过度预测了主射流的衰减,而标准k-ω模型对主射流衰减的预测不足。标准k-ε模型、Realizable k-ε模型、SST k-ω模型和RSM模型均能较好地预测轴向速度分布情况,考虑到计算量和计算稳定性,推荐采用标准k-ε模型和Realizable k-ε模型用于多射流撞击式喷嘴湍流流动的数值计算。

撞击角对撞击式喷嘴雾化特性影响研究

为了研究液体火箭发动机中撞击式喷嘴的雾化问题,采用CLSVOF(Coupled Level-Set and Volume-of-Fluid Method)方法对撞击式喷嘴的雾化过程进行了数值仿真模拟,重点考察了撞击角对撞击式喷嘴雾化特性的影响。结果表明,通过CLSVOF方法能对射流撞击雾化形态进行较好的捕捉;分析整个雾化区域的液相分布,将射流撞击雾化过程中的液相分布大致分为三个区域:撞击前两股独立射流区域、撞击后形成的液膜区域、液膜破碎后液丝和液滴的生成区域;射流撞击雾化除了气液界面上速度差引起的不稳定之外,还存在由射流湍流或撞击波引起的其它不稳定因素;液膜破碎长度随撞击角的增大而减小,液膜表面上的表面波幅值及液膜破碎程度则随撞击角的增大而增大;射流撞击在撞击点位置处所形成的速度差对液膜的破碎和液膜上表面波幅值的大小起到了关键作用。

喷前压力脉动对撞击式喷嘴雾化特性的影响

为研究液体火箭发动机供应系统压力脉动对撞击式喷嘴雾化特性的影响,进行了撞击式喷嘴的动态雾化实验。通过脉动装置在喷嘴供应系统上施加不同频率和幅值的周期性压力脉动,利用两套高速摄影系统分别获得了动态雾化图像和雾场横截面上的散射光强,以此分析了撞击式喷嘴对喷前周期性压力脉动的响应频率和响应幅值范围及其对平均雾化角度的影响。结果表明,在研究的脉动频率范围内(0~4050Hz),当喷前压力脉动幅值大于某一阈值后,雾化出现了明显的周期性质量聚集现象,其频率与喷前压力脉动的频率相同。脉动幅值增加,散射光强度的振荡幅值也增加,参与混合燃烧过程的介质流量振荡幅值加剧。平均雾化角度受脉动频率和幅值的影响都较小,变化范围处在均值的±4%以内。

背压对撞击式喷嘴雾化特性影响研究

为研究背压对撞击式喷嘴雾化特性的影响,将压力的变化等效为气体密度的变化,基于一种树形自适应加密算法,通过直接数值求解不可压Navier-Stokes方程组实现了不同背压条件下射流撞击雾化的数值模拟。首先将数值模拟结果与试验数据进行对比,验证数值模拟的有效性,在此基础上开展了高背压条件下雾化过程的数值模拟。结果表明,随着背压的提高,气动力相应增强,液膜的破碎更加剧烈,一次雾化区域的液滴数密度增大,雾场由稀疏向稠密发展;液膜在向下游运动过程中波动速度的幅值逐渐增大,并且随着背压的提高,液膜的波动由线性向非线性转变;背压增大导致破碎长度减小,经过参数修正得到了液膜破碎长度的经验公式,并与试验数据进行了对比;背压对液滴尺寸分布规律没有显著影响,但随着背压的提高,同一时刻大液滴所占的比例提高,整个雾场的Sauter平均直径有增加的趋势,当背压从0.1MPa增大到1MPa时,雾场的Sauter平均直径由155.5μm增大到166.9μm;背压增大,液滴粒径分布的均匀度指数减小,液滴尺寸分布更加不均匀。

反压对撞击式喷嘴雾化特性影响

针对反压条件下雾化数据缺乏、雾化机制不清的问题,采用直流自击喷嘴,在反压雾化实验仓中开展了0.1~4.1 MPa环境条件下的雾化特性宏观及微观实验研究。基于高速阴影成像方法获得了不同反压下自击喷嘴的喷雾宏观形貌并提取出雾化角、雾化场液滴速度分布等数据,进一步通过相位多普勒粒子分析(PDPA)激光测量手段获得了不同反压下液滴直径概率密度分布及索特平均直径(SMD)等微观特性参数。实验结果表明,高反压会导致喷雾总体发展受到压缩,雾化角减小,且雾化液滴的数量密度更为稠密;液滴速度随着反压增大,衰减更为显著;但液滴SMD随反压增大呈现非单调演化规律,且演化规律与沿喷孔出口的竖直距离有关,即当反压小于1.1 MPa时,液滴SMD随反压的增大而减小,在H=20 mm处,当反压从1.1 MPa增大到3.1 MPa,SMD基本保持不变,而进一步增大反压时,SMD逐渐增大。在H=30 mm处,当反压大于1.1 MPa时,SMD逐渐增大。分析认为,反压增大导致更高的液滴数量密度,提升了液滴碰撞并聚合的概率,使高反压下液滴SMD增大。

一种40°撞击角双股自击式喷嘴试验

研究了一种 4 0°撞击角双股自击式喷嘴冷流特性和热试验流量系数。冷流试验以常温水为介质 ,用激光散射测粒仪和探针研究了该喷嘴的雾化质量和流强分布。在 1 35MPa～ 1 75MPa的喷嘴压降下该喷嘴椭圆形喷雾的喷雾锥角为 2 6°～ 38°,流强呈单峰型分布。统计研究了该喷嘴冷试验和在液氧介质下热试验时的喷嘴流量系数 ,流量系数在 0 6～ 0

6t/h撞击式水煤浆喷嘴雾化特性试验研究

水煤浆浓度高、粘度大,雾化困难和磨损严重是水煤浆喷嘴需要克服的两个难题,水煤浆的良好雾化是水煤浆安全稳定燃烧的关键一环。该文对大容量的撞击式水煤浆雾化喷嘴进行了试验研究,分析了喷嘴内各主要结构参数对喷嘴雾化特性的影响。研究发现,Y型孔直径、T型喷口宽度、小混合室长度、撞击件长度和出口孔孔径对雾化颗粒平均直径有较为明显的影响,文中指出了各个因素的影响程度、原因及相应优化方案。

大型撞击式水煤浆喷嘴流量特性试验研究

对大容量的撞击式水煤浆雾化喷嘴进行了试验研究,分析了喷嘴运行参数和喷嘴内各主要结构参数对喷嘴流量特性的影响。经过对试验数据的分析,分别指出了各个因素的影响程度、原因及相应调节方案。对以后此类喷嘴的研究有一定的指导意义。

四喷嘴对置式撞击流的数值模拟

通过实验测量和数值模拟(Realizableκ-ε湍流模型)相结合的方法研究了四喷嘴对置式撞击流的流场,得到了两者相吻合的结果。模拟结果再现了装置内的分区流动情况;通过对模拟数据分析,计算出了回流比沿装置轴向的分布,发现喷嘴顶部高度和喷口速度的大小对顶部空间的回流比分布影响明显;而喷嘴顶部高度和喷口速度对喷嘴以下空间的回流比分布影响甚小,大约距喷嘴2倍装置直径距离后喷嘴以下空间回流消失。

基于Fluent的靶式撞击流喷嘴流场模拟研究

研究基于Fluent的靶式撞击流喷嘴流场数值模拟效果。利用Fluent软件对靶式撞击流喷嘴内部及出口外部流场进行了数值模拟研究,通过模拟得出了喷嘴的结构尺寸(管径d和管道与靶的间距δ)和压强P(水流速度υ)对喷嘴雾化效果的影响。结果表明:靶式撞击流喷嘴结构尺寸和压强越大,喷嘴的雾化效果越好。认为其具有区别于一般离心喷嘴的优越性,可以节约喷水量。

两股互击式喷嘴雾化研究及应用

用激光全息及图像处理技术，研究两股互击式喷嘴的撞击状况及雾化性能，获得了喷嘴的雾化性能参数，在喷嘴的水试雾化性能、热试燃烧效率及比冲对比后，提出用水试雾化性能评估其热试效果，检验喷嘴的加工质量。此技术已用于小推力发动机喷嘴的筛选。

对撞式喷嘴在模拟燃烧室内喷雾特性研究

为了研究对撞式喷嘴在燃烧室内的喷雾特性,采用三维相位多普勒粒子动态分析仪(PDA),测量了模拟燃烧室内对撞式喷嘴喷雾场参数的空间分布,分析了不同喷雾压力下雾化液滴的平均直径、轴向速度和径向速度的变化规律。结果表明:喷雾压力越大,液滴平均直径D30越小,正态分布特征越明显;随着喷雾向下游发展,液滴轴向速度分布向小速度偏移,喷雾压力越大,距离喷嘴较远的截面上,轴向速度损失越小;距离喷嘴越远,雾化液滴径向速度的数目分布越趋向某一狭窄速度段,且喷雾压力越大,这种分布特征越明显。

立管间接—靶式喷嘴复合蒸发冷却空调机组的设计与性能分析

针对现有间接蒸发冷却器、直接蒸发冷却填料易堵且难以清洗,蒸发冷却空调机组占地面积大、难以灵活布置等缺陷,本文提出了一种立管间接—靶式喷嘴复合蒸发冷却空调机组,并从结构角度对机组的防堵性能进行了分析。以10,000 m3/h为例,本文设计计算与制作了这一新型机组,并进行制冷量与能效比计算,为该新型蒸发冷却空调机组的设计提供一些参考。

立管间接-靶式喷嘴复合蒸发冷却空调机组性能测试与分析

针对传统蒸发冷却设备在多风沙的西北地区及高含尘浓度的工业场所,存在易堵且难以清洗的不足,提出立管间接-靶式喷嘴复合蒸发冷却机组。机组采用立管式间接蒸发冷却器及靶式撞击流喷嘴,可有效缓解设备堵塞。制作出试验样机并进行测试,立管式间接蒸发冷却器降温效果略优于卧管式间接蒸发冷却器,测试工况下降温保持在6℃以上,湿球效率保持在54%以上;靶式撞击流喷嘴雾化效果较好,流体动力式喷水室降温加湿效率在95%以上;对整机测试,温降13℃、湿球效率113%。该机组的提出及性能测试,为蒸发冷却这一环保节能的空调技术推广应用提供一定的参考借鉴。

流体动力式喷水室净化可吸入颗料物的研究

以水和含有可吸入颗粒物的空气作为研究对象,分析了纺织厂的喷水室中,风速和喷水压力对可吸入颗粒物≤2.5μm亚μm级粉尘除尘效率的影响.得出了风速以及喷水压力和除尘效率之间的规律.

基于图像处理的高频脉动撞击雾化特性研究

为研究高频脉动下撞击式喷嘴的雾化特性,采用水力扰动装置产生喷前压力扰动,由高速摄影对动态的喷雾场进行背光拍摄,采用普通长焦距镜头拍摄宏观的喷雾场,采用微距镜头拍摄微观的喷雾场。为解决高频脉动喷雾场瞬态液滴粒径测量困难的问题,基于图像处理建立了雾场瞬态液滴粒径捕捉测量方法,获得了高频脉动喷雾场局部区域的Sauter平均直径(SMD)随时间的变化规律。从宏观来看,自然喷雾场的液滴空间分布比较均匀,而高频脉动喷雾场则出现了稠密区与稀疏区交替分布的现象。宏观雾场灰度值较小的区域对应稠密喷雾区,从微观来看,该区域的液滴行为更加复杂,发生了液滴碰撞融合、二次破碎等一系列复杂物理过程。雾场空间出现复杂的液滴行为,导致液滴的粒径分布与空间分布发生改变,对燃烧释热产生重要影响。自然喷雾场的SMD随时间的变化表现出白噪声特性,高频脉动喷雾场的SMD随时间的变化表现出周期性特征,并且周期性变化的频率与施加的强迫扰动频率一致。

小尺度空间内对撞射流雾化场特性实验研究

为了研究小推力液体火箭发动机燃烧室的喷雾燃烧特性,设计了小尺度模拟燃烧室和对撞射流喷嘴,利用多普勒相位粒子动态分析仪(PDA),观测了对撞射流在小尺度空间内的喷雾,重点观测了喷雾压力对于雾化特性参数的影响。实验结果表明:测量截面与喷嘴的距离越远,液滴平均直径越大,轴向速度越小;测量点到中心轴的距离越远,液滴轴向速度越小,径向速度波动越大;喷雾压力越大,液滴平均直径越小,轴向速度越大。由于受到壁面的影响,径向速度的周向分布在不同的喷雾压力下和测量点位置上的差异不明显;模拟燃烧室内液滴平均直径大于大气环境下的液滴平均直径,两者差值随着喷雾向下游发展而增大;模拟燃烧室对于液滴轴向速度影响较小,而对于液滴径向速度影响较明显。

横向互击型层板喷注器的喷雾特性

利用激光粒子动态分析仪 (PDA)对 180°互击型层板式喷注器的喷雾特性进行了试验研究 ,测量了喷雾典型区域的液滴速度、直径、体积通量密度等参数。分析了喷注器的雾化过程和喷雾特点 ,同时重点研究了喷口槽宽、推进剂流道面积比以及推进剂喷注速度比等参数对喷雾特性的影响。试验结果表明 :喷雾沿喷口展向可分为三个明显区域 ,中间区域流量较小但雾化较细 ,从槽两端喷出的液雾流量较大但液滴尺寸较大。对于一定的流道截面比γd 和喷注速度比γv,存在一个最佳的喷嘴槽宽w使雾化质量最优。同时 ,在喷嘴槽宽合适时 ,流道截面比γd 和喷注速度比γv

基于正交试验法的喷水室热交换效率影响因素分析

针对喷水室的通用热交换效率,通过大量的实测数据确定了靶式喷嘴喷水室的主要影响因素为空气质量流速、喷水压力、喷嘴孔径和喷嘴间距。设计正交试验得出这4个因素的影响程度并得出其最佳组合。由多元回归方程验证了正交试验法的可信度。

强迫扰动下的射流撞击雾化特性

为全面把握撞击式喷嘴的工作特性,进一步认识雾化在燃烧不稳定中所起的作用,采用试验结合数值模拟的方法开展了强迫扰动条件下撞击式喷嘴的非稳态雾化特性研究。试验方面,采用水力扰动装置产生喷前压力扰动,由脉动压力传感器记录喷前的脉动压力,由高速摄影对动态的喷雾场进行背光拍摄。数值模拟则是基于开源程序Gerris开展,通过给定周期性变化的速度入口来模拟前端压力扰动下的撞击雾化过程。首先验证了建立的数值模拟方案处理非稳态雾化的有效性,其次将自然雾化与强迫扰动雾化进行对比,分析了强迫扰动条件下的撞击雾化特性,最后研究了扰动频率与扰动幅值对于撞击雾化的影响。结果表明:强迫扰动下的射流撞击喷雾场出现了弓形液滴群局部聚集的现象,并且在时间上表现出周期性特征,雾化频率与强迫扰动的频率一致。在研究的频率范围(1 257~3 563Hz)内,撞击式喷嘴的雾化对扰动都有响应。扰动频率主要影响相邻弓形液滴群之间的间距以及雾场与扰动压力之间的相位关系,扰动幅值则主要影响雾化Klystron效应的强度。随着扰动幅值的增大,液膜的破碎长度减小,撞击点下游的流量特性由线性向非线性转变,由正弦波形转变为陡峭前缘波形。