液气动量比对内混式直流气液喷嘴雾化特性影响

为探究液气动量比对内混式直流气液喷嘴雾化特性的影响,采用基于Gerris的VOF方法和自适应加密算法,对不同液气动量比下的两液相孔内混式直流气液喷嘴雾化过程进行数值计算。结果表明:Gerris可以清晰地捕捉到射流柱从变形、弯曲到雾化为液滴的全过程细节特征,雾化过程图像与实验拍摄的基本吻合,获得液滴空间分布,计算得到的全场液滴SMD为50~60μm。当液气动量比较小时,内混式直流气液喷嘴的射流不发生相撞,雾化机制为气动破碎。随着液气动量比的增加,两股射流破碎长度和穿透深度均增大,射流发生相撞,雾化机制为气动破碎和撞击破碎。

用振荡流体力学方法分析气液喷嘴内流体振荡的传播规律

应用振荡流体力学方法研究气液喷嘴内流体振荡的传播规律，通过将气相和液相的非定常基本方程转化为振幅方程而联立求解振幅量的方法，确定气液喷嘴内在不同流动工况条件下流体振荡的传播规律。研究成果对于分析各类喷嘴内的流体振荡现象的原因及其改进方法有重要的意义。

气体中心式气液同轴离心多喷嘴耦合喷雾特性研究

高温燃气流风洞的加热段喷注面板由数百个气液同轴离心喷嘴组成,各喷嘴间存在强烈的喷雾干涉现象,导致喷雾场相互耦合。为探究气体中心式气液同轴离心喷嘴喷雾的耦合对雾化特性及流场均匀性的影响,通过实验和仿真的方式研究了不同气液比对多喷嘴雾化特性的影响,以及喷嘴间距和喷嘴数目对喷雾流强分布的影响。设计安装多喷嘴的喷注器,搭建喷雾检测实验台,采用高速相机拍摄喷雾图像,采用马尔文激光粒度仪测量喷雾场中的液滴尺寸;并设计了流强测量系统,以测量喷雾场的流强分布。采用流体体积法(Volume of Fluid,VOF)和网格自适应技术(Adaptive Mesh Refinement,AMR)对多喷嘴的耦合喷雾场进行模拟。结果表明,仿真结果与实验测得的流量分布基本吻合;在液体流量较大的工况下,喷雾锥角基本稳定,粒径大小受液膜撞击破碎和液滴撞击聚合双重作用的影响;随着喷嘴间距的增加,喷雾分布的不均匀性增强;并且当存在3个及以上喷嘴时,喷雾场两两相互干涉,在喷雾耦合区域出现流强高峰。

液氧煤油气液同轴直流离心式喷嘴的声学模拟实验研究

气液同轴直流离心式喷嘴对补燃发动机燃烧室高频燃烧稳定性有显著影响。为研究气液同轴直流离心式喷嘴的声学特性,在大气环境条件下进行了单喷嘴声学模拟实验。通过安装在模拟燃烧室外侧的扬声器激发声学振荡,利用声学探针测量燃烧室内的声压,获得了喷嘴长度、节流嘴直径对燃烧室声学特性的影响规律,确定了喷嘴长度与节流嘴直径的选取原则。

补燃循环火箭发动机气液同轴式喷嘴声学特性研究

基于经典声学和振动理论,运用流体动力学基本方程描述燃气通道内气体的波动现象,建立了双组元同轴直流离心式气液喷嘴声学特性分析的物理、数学模型,采用四端网络方法进行了计算。对单喷嘴声学模拟试验结果进行了分析。结果表明,所建声学特性分析模型用于分析喷嘴波动过程是可行的;合适的通道长度和节流嘴直径对液氧／煤油补燃循环发动机高频燃烧不稳定性有明显的阻尼作用。

基于Fluent的气液双流体喷嘴雾化特性研究

气液双流体雾化技术在熔体破碎、喷雾冷却、除尘降尘、燃油燃烧等方面具有广泛的应用。为了研究气液双流体雾化喷嘴的流场特性和雾化特性,本研究利用Fluent软件进行数值模拟,采用Realizable k-ε模型处理湍流流动,并将喷嘴的气液入口设置为压力边界条件。通过模拟得到了气液双流体喷嘴内部和外部的流场分布、喷嘴内部的压力分布、雾滴颗粒的空间分布以及雾滴粒径等参数规律。研究结果表明,随着气体压力从0.3 MPa增大至0.7 MPa时,喷嘴出口气流速度增大,雾滴的飞行速度随之增大,雾滴的平均粒径达到微米级,粒径逐渐减小;而随着水压从0.3 MPa增大至0.7 MPa,气流出口速度略有减小,雾滴的飞行速度也有一定的降低,雾滴的平均粒径增大。另外,研究还发现气流在喷嘴出口时速度和压力均会达到最大值,然后速度会迅速衰减,且初始衰减速度相对较快。

气液同轴双离心式喷嘴喷雾特性

采用流体体积方法分析涡流器离心式喷嘴内部流动过程,采用单反相机和相位多普勒测速仪测量离心式喷嘴、气液同轴双离心式喷嘴的喷雾特性。发现涡流器离心式喷嘴内部流动的总压损失主要发生在涡流器槽道入口、收敛段和等直段。等直段使液膜厚度减小,喷雾锥角减小。离心式喷嘴喷雾粒径分布范围沿径向逐渐增加,轴向速度分布范围沿径向先减小后逐渐增加。气液同轴双离心式喷嘴喷雾特性受气液比影响很大,气液比小时旋流空气使喷雾锥角增加,粒径分布范围减小;气液比大时,气体膨胀压缩喷雾,使大液滴能够到达喷雾中心,喷雾外侧为二次雾化成的细小液滴。

不同结构形式气液同轴式喷嘴的流量特性

本文通过实验方法对两种不同结构形式的气液同轴式喷嘴流量特性进行了研究,重点考察了喷嘴内气液相互作用和环境反压的变化对喷嘴流量特性的影响,研究结果表明同轴离心式喷嘴内气液相互作用比同轴直流式喷嘴内气液相互作用要强。对于这两种喷嘴,反压的变化对气相流量的影响规律相同。

旋转型气-液雾化喷嘴的雾化特性研究

使用激光相位多普勒分析仪PDA对旋转型气-液雾化喷嘴的雾化特性进行了实验研究。使用水代替油作为被雾化的液体,采用压缩空气作为雾化介质,测量了不同工况下的喷雾特性参数,如喷雾液滴粒子的索太尔平均直径SMD和粒子速度等。实验测量结果表明,喷嘴在较小的气液比条件下可以达到较好的雾化状态,中心的液滴平均SMD可以达到40μm。随着压力和气液比的增加,雾化水平也随之提高,但是受喷嘴结构的影响很小。本文的研究为喷嘴的实际设计提供了基础依据。

气液同轴离心式喷嘴雾化特性实验研究

采用自行设计的两相喷雾实验设备和测量装置，通过ＭＦ激光散射测粒仪，对液氧液氢火箭发动机所用量气液同轴离心式喷嘴后方喷雾液滴的平均直径ＭＭＤ和液滴尺寸分布指数ｎ等雾化特性，进行了试验研究，测量了Ａ型喷嘴在不同气体和液体喷注压降、不同空间位置的喷雾特性。分析了气体喷注压降一定时液体喷注压降对雾化特性的影响规律，以及当液体喷注压降一定时气体喷注压降对雾化特性的影响规律，得出了一些有意义的结论。研完结果对气液同轴离心式喷嘴设计有一定的指导意义。

“旋转型气-液雾化喷嘴”的雾化角与流量分布特性研究

对“旋转型气 液雾化喷嘴”的雾化角的变化规律进行了研究 ,主要考虑了喷嘴的结构参数 ,气液比 (ALR) ,液体粘度等因素对雾化角的影响。通过实验测量与拟合 ,最后给出了喷嘴的雾化角的表达式。同时对喷嘴的流量分布特性进行了研究 。

气—液内混式高压油喷嘴的气体流量特性

对气—液内混式高压油喷嘴气体流量特性进行了实验研究。分析了操作参数、喷嘴混合室进出口孔径、无因次量F3/(F1+F2 )对流量特性的影响 ,为此类喷嘴结构的改进、提高其使用性能提供了依据。

内直外旋气液同轴式喷嘴流量及雾化特性

针对气体中心直流、液体涡流器离心式内缩进气液同轴喷嘴,采用高速摄影和PDPA测量了其流量和雾化特性。发现在常温常压下,喷嘴流量近似与喷注压降的0.477次方成正比。喷嘴喷雾场为空心锥形,雾化角约为110°,随液体压降增加,雾化锥角增大。液体压降不变,雾化锥角受中心气体卷吸作用随气体压降增加而减小。液膜破碎距离与雾化锥角有关,雾化锥角越大,液膜破碎距离越短,反之亦然。随径向距离增加,雾化液滴轴向速度、径向速度减小,SMD先增大然后略有减小,沿径向呈"马鞍"状双峰分布;随轴向距离增加,粒子轴向速度减小,SMD减小。

液体中心式气液同轴离心式喷嘴火焰振荡特性

气液同轴离心式喷嘴在特定的结构和工况下极易发生自激振荡,为了探究自激振荡对燃烧过程的影响,针对液体中心式气液同轴离心式喷嘴,开展了氧气和酒精的可视化燃烧试验研究。基于非接触光学观测方法同步获得了喷雾与火焰的动态结构,研究了缩进长度及喷注工况对火焰的动态特性、自激振荡特性以及燃烧效率的影响。研究发现,随着喷嘴缩进长度的增加,火焰从稳态转变为自激振荡状态。稳态燃烧时,火焰具有明显的锥形分布特征,火焰主要分布于锥形液膜表面、喷嘴出口回流区以及喷雾与燃烧室壁面的撞击区域。对于振荡火焰,当缩进长度较小时,火焰附着于喷注面板上且主要发生径向振荡;而当缩进长度增大到一定程度后,火焰周期性地附着并远离喷注面板且由纵向振荡主导。火焰振荡模式的转变是由自激振荡喷雾结构的变化引起的。基于已建立的理论分析模型,深入分析了火焰自激振荡与缩进室内部流动模态的关系。火焰振荡与喷雾自激振荡强弱同步,且当缩进室内部流动处于临界流动状态时最强。此外,研究发现,稳态燃烧时的燃烧效率大于振荡燃烧状态下的燃烧效率,喷嘴缩进可适当提高燃烧效率。

基于Fluent的气液两相流喷嘴内部流动特性仿真

目的探究气液两相流喷嘴内部流动特性及工作参数对流动特性的影响。方法测量得到气液两相流喷嘴的结构图,利用Fluent软件建立喷嘴模型,并选择流体体积(VOF)两相流模型和RNG(重整化群)k-ԑ湍流模型,以常温状态下液态水和空气为研究介质,并以气压和液压为变量,进行多参数的流动特性分析,并引入气液比的概念。结果得到了不同时刻喷嘴内部的压力、速度及液相分布云图。其中最大压力为827 kPa,出现在出口段和进气段交叉的壁面上,由于喷嘴内部出现缩口,故出口段存在负压(−1.53 MPa);喷嘴内部最高速度出现在气液两相交汇处,为134 m/s;液相在最初迅速充满喷嘴后,逐渐与气相混合,最终出口段中心液相体积占比为0.543,混合情况良好。还得到了多参数对喷嘴内部压力、速度及液相分布的影响。结论使用软件仿真的方法得到了喷嘴内部的流动特性和多参数对流动特性的影响规律,并为进一步研究优化喷嘴结构及喷雾提供了建议和参考。

气液同轴离心式喷嘴非定常喷雾燃烧过程研究进展

由于气液的相互作用可显著提高喷嘴的雾化性能,气液同轴离心式喷嘴被广泛应用于实际的双组元液体火箭发动机型号中。喷嘴负责推进剂的喷注及雾化过程,其工作过程极大地影响着燃料的蒸发、混合及燃烧过程。本文从喷嘴内部的非定常流动过程、动态雾化过程、破碎雾化机理以及喷雾燃烧过程这几个方面对气液同轴离心式喷嘴的非定常喷雾燃烧过程进行了综述,对研究现状以及下一步的研究方向进行了简单的分析。总体看来,气液同轴离心式喷嘴缩进室内部的非定常流动过程研究较为匮乏,对液膜破碎雾化过程及雾化特性对外部扰动的响应认识不足,自激振荡产生机理还没有形成统一的认识,锥形液膜在气体作用下的雾化机理研究非常欠缺,不稳定燃烧机理还需深入探究。

具有气液同轴喷嘴的液体火箭发动机燃烧室压力振荡及其声学特性研究

为探究液氧/煤油液体火箭发动机气液同轴喷嘴模型燃烧室具有良好稳定性的原因,采用非稳态雷诺平均(URANS)方法数值研究了其燃烧不稳定性和声学特征。两相燃烧条件下,燃烧室压力振荡幅值约为室压的10%左右、最大不超过25%,且以纵向和横向振型为主。一周六径隔板对横向振型具有很强的抑制作用,但对纵向振型影响较小。与液-液撞击式液氧/煤油发动机模型燃烧室相比,本文研究的燃烧室中煤油液滴没有发生超临界蒸发现象,第三邓克尔数较小,诱发燃烧不稳定性的激励源较弱。进一步通过数值定容弹激发了燃烧室多模态声学特征压力振荡,并得到了其振荡特征频率、幅值和衰减率。结果表明,气喷嘴具有1/4波长喷嘴特征,能显著减小目标振型的幅值,而集气腔对纵向振型具有很强的抑制作用,同时对其他振型也有程度不同的抑制效果。因此,较弱的燃烧不稳定性激发机制以及隔板、气喷嘴和集气腔对纵向和横向振型有很强的抑制作用,使得该液氧/煤油发动机气液同轴燃烧室具有很好的稳定性。

气液同轴双离心式喷嘴宏观雾化特性实验研究

为掌握燃气轮机燃烧室喷嘴的雾化规律并优化其雾化效果,本文以液态水为工质,对新型气液同轴双离心式喷嘴雾化特性展开实验研究。利用粒子图像测速法研究了改变气、液进口压力对雾化液滴速度场、雾化锥角和液膜破碎长度的影响,通过分析雾化图像对喷嘴的雾化机制进行探究。结果表明,液体进口压力不变时,气体进口压力增加可使雾化状态由空心锥状向实心锥状过渡,同时液膜破碎依次经历了表面波主导破碎、波动雾化破碎以及气动雾化破碎三种模式。液体进口压力为0.7MPa时,气体进口压力增大,雾化模式由表面波破碎向波动雾化破碎过渡,雾化液锥收缩,液膜受气动力作用向下游展开,液膜破碎长度呈先增大后减小的规律。雾化处于气动雾化破碎模式时,雾化锥角逐渐稳定。对喷嘴下游40mm处液滴速度值分析表明,随着液压增大,有/无气旋对雾化液滴速度增幅稳定在8%。

环境压力对气液针栓式喷嘴雾化特性的影响

气液针栓式喷嘴在变推力液体火箭中有重要应用。采取实验与数值计算结合的方法系统研究了不同环境压力下的针栓式喷嘴的液膜破碎过程、喷雾锥角、回流区分布、压力和液滴粒径分布等雾化特性,揭示了环境压力影响液膜破碎的3个因素:气流冲击、环境气体密度和环境压力对液膜挤压作用。结果表明:喷雾锥角会随环境压力增加而增大,但该趋势会随压力的增加而逐渐放缓。喷雾整体形态呈现锥形,喷雾中心区域存在低压回流区,回流区的液滴数目较少,但液滴粒径比较均匀。液滴主要分布在气液作用面,下游的液滴粒径较大,外部的液滴粒径比内部的大。液体火箭在启动的瞬间,燃烧室压力变化剧烈,可能导致喷雾锥角发生大幅变化,引起推进剂空间分布不均匀,对燃烧性能产生影响,因此要避免或减小较差雾化效果的燃烧室设计压力区间。

气液同轴式喷嘴声学特性数值研究

采用线性声学理论,将液体火箭发动机气液同轴式喷嘴分别简化为1/4波长谐振管和1/2一波长谐振管,研究得出常温条件下喷嘴长度和入口射流条件对燃烧室一阶切向声学模态的抑制规律。结果表明:当喷嘴一阶纵向模态频率与需要抑制的燃烧室声学模态频率相等时,对于喷嘴入口射流处于壅塞的状态1/4纵向模态波长长度喷嘴的抑制能力最大;反之,1/2纵向模态波长长度喷嘴的抑制能力最大。两种喷嘴的抑制能力均随喷嘴直径增加而增大。研究结果可为喷嘴长度和入口射流条件优化设计、燃烧室声学振荡抑制提供参考。