同轴旋转可压缩气流中黏性液体射流形态研究

采用射流线性稳定性分析方法,考虑液体黏性、周围气流的同轴旋转运动以及可压缩性的条件下,建立了描述同轴旋转可压缩气流中黏性液体射流的数学模型,并进行了验证,研究了气流量纲为1旋转强度以及流体物性对液体射流不稳定形态的影响.研究表明:周围气流的旋转速度较小时,对射流起促稳作用,继续增大气流量纲为1旋转强度,开始对射流起促分裂作用;且随着气流旋转强度的增大,射流扰动沿周向方向发展,射流柱变的高度不对称.在研究参数范围内,气体可压缩性和气/液密度比均能促进射流的失稳,并会影响射流空间形态,尤其是在周向方向上能够改变射流的占优模式,增强射流的不对称性;液体黏性以及表面张力对射流均具有增强稳定性的作用.

基于液体射流破碎法制备粒径可控的聚乙烯醇微球

在工业生产中,聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)微球多采用机械搅拌法制备,得到的微球粒径不可控、粒径分布宽、小粒径(100~300μm)微球产率低。为改善上述问题,本研究将液体射流破碎法应用于油包水(W/O)微球制备体系,制备了粒径可控、粒径分布窄的PVA水凝胶微球。本研究系统研究了分散相流速、PVA浓度、加料装置内径及稳定剂浓度对微球粒径和粒径分布的影响。最终,采用分散相流速为40 mL/min、PVA浓度为7.0%、加料装置内径为400μm及稳定剂浓度为11.5%的条件,制备了平均粒径为146.00μm,粒径分布为1.63的PVA微球。该方法得到的小粒径微球产率高、批次间重复性良好、装置简单,可实现微球的规模化生产。

液体射流泵空化流动特性分析

为分析工作液压力及流速、安装高度对液体射流泵空化流动的影响,应用Realizable k-ε湍流模型结合Schnerr-Sauer空化模型,对面积比为4的液体射流泵进行研究,并通过与试验数据进行对比,验证了模型的有效性。计算结果表明:射流泵工作液压力及射流速度从196 kPa、22.60 m/s提高至462 kPa、33.87 m/s,初生流量比到极限流量比的工况范围明显减小,从0.234降至0.108;射流泵安装高度从3.0 m降低到-2.0 m时,初生流量比从1.250增加至1.713,极限流量比从1.435增加至1.907。较大的工作液压力及流速会加快空化初生到极限空化的发展过程,实际应用时可通过降低射流安装高度减免空化发生。研究成果可为分析液体射流泵空化影响因素,减免空蚀破坏提供依据。

受激液体射流的非轴对称模式

利用液体射流破碎的线性不稳定性理论 ,研究了受激液体射流特有的“局部频段非轴对称模式占优”现象 ,由一系列理论计算结果 ,得到了 Re- We平面上的相应临界曲线 ,并根据这些曲线得出了受激液体射流出现非轴对称模式结构特征的物理条件。计算结果还表明 ,受激液体射流和自由液体射流的临界曲线有明显不同。初步的实验观察结果证实了理论的预测。

高速液体射流初始阶段的破碎

采用激光分幅全息技术观察到了直径为0.4mm液体射流上的表面波从小到大,最后导致液体破碎的发展过程。本文所得出的基本结论是:液体在雾化初始阶段的破碎起因子扰动波,扰动皮由表及里,在周向与轴向不断发展,首先将射流撕裂成大液滴,之后再进一步破碎成小液滴。液体射流破碎后的液滴尺寸往往大于初始扰动波长。

气体旋转运动对类反对称模式下环膜液体射流破碎尺度的影响

利用线性不稳定性理论研究了气体介质旋转运动对类反对称模式下黏性环膜射流破碎不稳定性的影响.通过对描述黏性环膜射流不稳定性色散方程的推导和数值求解,研究了气体介质的旋转运动对环膜射流破碎尺度模式的影响.研究表明,对于类反对称模式的液体环膜射流,内气体介质的旋转运动对射流的不稳定性有极强的促进作用,能使射流迅速从大尺度破碎模式转换为小尺度破碎模式;外气体介质的旋转运动是环膜射流破碎的促稳因素,不能改变环膜射流的破碎尺度模式.研究结果证明了类反对称模式主要与环膜射流的内气-液界面相关联.在此条件下,内气体介质的失稳作用控制射流的破碎尺度特征,而外气体介质的促稳作用在"穿透"液体射流后被大大衰减.

液体射流与空气交叉流动喷雾的数值模拟

采用气相的时均雷诺方程,在拉格朗日框架下求解离散相的运动方程,对水与空气交叉流动的喷雾流场进行了数值模拟研究.湍流模型为标准κ-ε模型,通过在气相方程中添加源项的方法,对两相间存在的质量、动量和能量交换过程进行了模拟;还添加了描述液滴的破碎及其碰撞聚合过程的计算模型;参考实验中的实测入口风速大小,添加用户自定义函数定义气相入口边界风速.计算时,交替求解气相和离散相方程直到两相都达到收敛来实现两相间的双向耦合.并将计算网格分割为两部分,在拥有两个处理器的工作站上并行运行.模拟结果与实验结果的对比显示,喷雾轨迹和液滴粒径大小与实验结果符合较好,也较合理地模拟出了液滴的空间分布情况.

旋转液体射流雾化的计算理论与实验研究

采用Ｎａｖｉｅｒ－ｓｔｏｋｅｓ流体力学方程描述喷咀内部旋动流体和喷咀外部旋转射流的流动状态。在微小单元段速度作某些假定的条件下，求得速度和压力的分析解；研究旋转液体射流的雾化理论，讨论影响雾化的主要因素，并通过实验方法观察雾化状态和测量雾化角；最后给出实例。

高速气流中横向液体射流雾化研究进展

在涡轮燃烧室和以液态碳氢燃料为工质的超燃冲压发动机中,高速气流中横向液体射流雾化是一个重要而复杂的过程.雾化过程进行的好坏直接关系到燃料的掺混和燃烧,进而影响发动机的性能.针对高速气流中横向射流雾化的特点,对现阶段的实验和数值模拟研究进展进行了综述.实验方面结合国内外现状,阐明了一次、二次雾化的机理和雾化过程中的波现象,对穿透深度的确定方法及其影响因素进行了概括总结,分析了气液混合区的结构性质,并列举和分析了常用的测量手段.数值模型研究介绍了现阶段的一次雾化和二次雾化常用的计算模型.最后提出了存在的问题和未来的研究方向.

液体射流的非轴对称破碎

本文分析了粘性液体射流的线性稳定性问题。本文首次根据理论预测所确定的物理条件观察到了射流在各种非轴对称模式支配下的破碎情况。实验采用的是高速分幅激光全息技术。实验结果表明，液体射流结构遵守稳定性理论所预测的规律。实验还发现：液体射流的实际破碎尺寸要大于线性稳定性理论的预测结果。

圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度数量密度分布相关性研究

压力旋流喷嘴被广泛应用于航空发动机、船用发动机、车用汽油缸内直喷发动机、燃气轮机等动力机械的燃油喷射系统中.以压力旋流喷嘴射流为研究对象,开展了圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度数量密度分布相关性问题研究.对于液体射流,以往的研究往往对破碎液滴粒径数量密度分布或速度数量密度分布进行单独研究,对于这两种数量密度分布之间关系的研究较少;从相关性的角度对圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度数量密度分布之间的关系进行研究.采用最大熵原理方法建立了圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数.对圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数进行了讨论,对圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径数量密度分布与速度数量密度分布的相关性问题进行了研究.研究结果表明,为了给出正确的圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数,射流守恒约束条件中必须同时包括质量守恒定律、动量守恒定律以及能量守恒定律;破碎液滴粒径的数量密度分布与速度数量密度分布密切相关;射流旋转强度对破碎液滴粒径数量密度与速度数量密度分布结构影响不大,对破碎液滴粒径数量密度和速度数量密度的分布区域影响较大.

液体射流结构特征的理论分析

本文利用线性不稳定性理论，在较大的韦伯数（Ｗｅ）和雷诺数（Ｒｅ）范围内对液体射流的结构特征进行了理论分析。研究结果表明：在一定的韦伯数和雷诺数条件下，射流的高阶模式将成为最不稳定模式，射流的结构也将相应表现出该模式的特征；雷诺数减小对各阶模式有不同程度的抑制作用，对零阶模式抑制较大，对高阶模式抑制较小，这是导致高阶模式成为最不稳定模式的原因；在小韦伯数和大雷诺数情况下，各阶模式几乎同样不稳定，这时射流的结构对射流初始扰动的性质非常敏感，当初始扰动中某一模式明显占优势时，射流结构就会呈现出该模式的结构特征。本文还在实验中成功地捕摄到了具有高阶模式结构特征的射流结构，并验证了小韦伯数和大雷诺数情况下，射流的结构对射流初始扰动的高度敏感性。

气动式脉冲液体射流泵性能实验研究

实验研究了喷嘴直径为5 mm,扩散管直径分别为5、7 mm,提升高度为6.7 m的气动式脉冲液体射流泵的性能。结果表明:料桶内的液面高度对气动式脉冲液体射流泵的效率、扬程、输送量影响甚微,而随着操作压力的增加,脉冲液体射流泵的效率、扬程、输送量也增大。证明了在本实验条件下,最佳喷嘴间距与喷嘴直径之比为0.8～2.0范围内,并讨论了不同喷嘴间距所对应的最低操作压力条件。

圆环旋转液体射流稳定性的研究

本文详细研究了圆环旋转非粘液体射流在静止的非粘不可压缩气体介质中的不稳定性问题，给出了描述射流稳定性的色散方程，证明了圆环旋转液体射流失稳的主导模式是准非对称模式，最后讨论了射流稳定性的影响参数．

高压下液体射流破碎雾化特性实验研究

为深入了解高压环境中液体射流破碎雾化过程，相对准确描述射流形态，进行了一些实验研究。利用一种高速液体喷射装置，采用脉冲Ｘ 射线成像技术，研究了多种喷嘴在不同环境反压中所形成液体射流的扩展结构。虽然Ｘ 光成像方法很难对雾化液滴进行分析，但它可以显示射流内部结构、分析未破碎部分的形态。实验表明，随着环境反压的升高，圆柱形射流的破碎点向喷口移动；环形射流离开喷口后发生聚合。

旋转气体介质对环膜液体射流破碎不稳定性影响的研究(英文)

利用线性不稳定性理论研究了旋转气体介质对黏性环膜液体射流破碎的影响。研究结果表明,无论是轴对称模式还是非轴对称模式,由液体环膜内部气体介质旋转所产生的离心力是液体射流的失稳因素,有助于液体射流的破碎。另外,由液体环膜外部气体介质旋转所产生的离心力是液体射流的促稳因素,不利于液体射流的破碎。当相同强度的旋转同时存在于内部和外部气体介质中时,对于轴对称模式,内部气体介质的影响显著,而对于非轴对称模式,则外部气体介质的影响更为明显。通常情况下,非轴对称模式的扰动增长率强于轴对称模式的扰动增长率,因此会在环膜液体射流的破碎中占据主导地位。

针板电极荷电液体射流不稳定性分析

基于荷电液体射流的模型和广义坐标下的Lagrange方程,建立了静电场作用下无粘性液体射流的色散方程,并对该方程进行了数值求解,分析了若干因素对荷电液体射流的轴对称模型和非轴对称模型的影响。研究结果表明:随着电场强度的增大,荷电液体射流的最大扰动增长率增大。低电压时静电场对轴对称射流的不稳定性有显著作用,电压逐渐升高时非轴对称模型逐渐占据主导地位,最终导致液滴的破碎;随着射流半径的减小,荷电液体射流的不稳定性增加,轴对称模型下射流半径的改变对射流不稳定性的影响比非轴对称模型小;不同的液体介质对荷电液体射流不稳定性的影响在非轴对称模型下表现得更为显著。

通过矩形喷嘴的非稳定液体射流(英文)

介绍了关于用矩形喷嘴进行的瞬态液体射流的实验研究结果。流动显示演示了在喷流过程中液体射流的种种不稳定现象。笔者推广了Ryhming的理论模型 ,计算了喷嘴出口的射流速度 。

圆环旋转黏性液体射流空间不稳定性研究

利用线性稳定性理论,进行了液体黏性对不同旋转强度下圆环旋转液体射流空间不稳定性影响的研究.在推导出的三维扰动下具有固体涡核型旋转速度分布的圆环旋转黏性液体射流色散方程的基础上,针对中低速射流,进行了类反对称模式与类对称模式下圆环旋转黏性液体射流的空间不稳定性分析.研究结果表明,对于旋转强度较大的圆环旋转液体射流,液体黏性的增加,不利于射流的破碎;随着液体黏性的增加,射流的特征频率和最不稳定波数减小.然而,对于旋转强度较小的圆环旋转液体射流,液体黏性的增加,有利于射流的破碎;随着液体黏性的增加,类反对称模式下射流特征频率先减小后增大,类对称模式下射流特征频率增大;随着液体黏性的增加,类反对称模式下射流最不稳定波数先减小后增大,类对称模式下射流最不稳定波数增大.

喷嘴结构改进及其液体射流过程颗粒团聚研究

在重质原料液的射流阶段降低反应温度会导致液体呈现不同的黏度,促使颗粒聚集形成不同尺寸的团聚结构,阻碍了原料液的热量传递,减缓了裂化反应的速率,颗粒团聚是流体焦化反应工艺面临的一个重要而又具有挑战性的问题。选用水-沙系统模拟热态沥青-焦炭系统,利用气罩装置改进喷嘴结构,基于电导信号法测量多黏度液体射流过程的电导信号随时间的变化规律,研究不同条件下流化床内颗粒团聚过程。研究结果表明:多孔气罩装置可以为喷嘴射流创造理想的稀相环境,避免了液滴在射流空腔以及交换区域的聚集和压缩;液体射流在床层扩散过程中可以观察到不同的流化阶段,即颗粒润湿阶段、团聚形成阶段、团聚隔离阶段;较高的气液比可以有效地阻止颗粒团聚,相比于较低的流化气速,较高的气速条件允许高黏度糖水溶液参与液体射流。本研究为多黏度液体射流过程颗粒团聚现象的在线监测提供了理论研究基础,确保了流化床内射流液滴与颗粒表面的良好接触。