空心锥形喷雾与横流掺混特性研究

在空心锥形喷雾与横向气流掺混过程中,大尺度对称旋涡对CVP(Counter-Rotating Vortex Pair)是影响液滴扩散的主要机制,为了研究CVP结构的演变特性,本文开展了空心锥形喷雾与横向气流掺混过程的实验研究,采用PIV可视化技术对不同喷雾状态与横流速度下掺混流场中液滴的扩散与分布特性进行了测量。结果表明:CVP的卷吸夹带作用使雾化液滴主要分布在掺混流场中上部;初始雾化液滴动量较大时,CVP结构尺寸与涡心强度越大,有利于液滴的扩散;横流速度提高时,CVP结构位置上移,尺寸减小,掺混效果变差。采用涡心强度、涡心距与涡心高度三个参数来描述CVP结构强度特征,基于实验测量结果给出了CVP结构上述特征参数的关联式。在横流速度、喷嘴压力和初始雾化粒径3个变量中,初始雾化粒径对CVP结构影响最大,而喷嘴压力和横流速度的影响较小。

横向气流对空心锥形喷雾液滴群的夹带特性

空心锥形喷雾与横向气流的掺混是强化气液掺混的一种重要方式,目前对这一过程尚缺乏深入研究。为了研究横向气流对空心锥形喷雾射流液滴群的夹带特性,采用PIV可视化技术对掺混流场进行测量。结果表明:空心锥形喷雾与横流的相互作用在气流流向方向上诱导出现明显的剪切层及不稳定涡结构,对雾化液滴的扩散产生重要影响并引起液滴在剪切层区域的富集。在分析横流雷诺数、喷雾液滴雷诺数与液滴数流率对掺混流场剪切层结构影响规律的基础上,基于量纲分析和回归分析方法,建立了空心锥形喷雾与横向气流掺混流场中剪切层轨迹线的无量纲预测关联式。

横流中空心锥形喷雾的扩散特性与影响因素

为了更好地理解和认识空心锥形喷雾射流与横向气流的掺混过程,基于可视化实验测量,针对空心锥形喷雾的初始雾化状态、喷射角度和雾化锥角以及横流速度等因素对空心锥形喷雾射流在横流中的扩散特性进行了系统分析。研究结果表明,随着横流速度的提高,流场中对称反旋涡对(CVP)结构变小,但其稳定性及产生的卷吸气流则是先增强而后减小;提高喷雾初始液滴的动量和数流率,均可以增大射流剪切层的贯穿深度和射流尾迹的伸展高度,同时使流场中CVP的涡量强度增大。基于实验测量结果,建立了空心锥形喷雾垂直入射横流条件下掺混流场液滴群CVP结构特征尺寸和剪切层轨迹的预测关联式。另外针对喷嘴雾化锥角和喷射角度的分析表明,当喷雾初始雾化状态相近时,随着雾化锥角的减小,流场中CVP的水平尺度减小但竖直方向尺度增大且结构更为稳定,同时喷雾液滴的贯穿深度增大;相比喷雾垂直于横流入射,当喷嘴以一定角度逆向横流入射时,CVP结构稳定性减弱,流场剪切层涡结构变大且剪切层区域液滴富集现象减弱,射流尾迹紊乱程度增加,反之,则流场剪切层涡拟序结构变小,射流尾迹现象减弱,CVP结构变小。

锥形空心液膜雾化特性预测模型研究

本文采用可视化测试方法对空心锥形液膜的破碎雾化特性开展了实验研究,结合高速相机与长距显微镜头,获得了喷嘴出口液膜的初始状态参数,并对喷雾液膜结构形态及瞬态破碎过程进行了捕捉,根据实验结果分析了空心锥形液膜的破碎特征;进而基于实验数据分析讨论了已有液膜破碎长度、喷雾锥角预测模型的准确性以及误差产生的原因,发现模型简化误差、经验常数的不合理选取等是模型预测误差产生的关键;随后结合多种喷嘴结构形式实验数据,以液膜出口状态参数为基础,建立了新的空心锥形喷雾初次破碎长度预测模型与喷雾锥角预测模型;发展的新模型具有更好的普适性与准确性,为空心锥形喷雾的雾化特性分析以及发展空心锥形喷雾掺混相关过程的数值模拟方法提供了参考。

横流中喷雾射流入射方式对液滴扩散的影响

针对不同入射角度下空心锥形喷雾在横流中的扩散过程开展实验研究。采用PIV可视化技术对掺混流场中雾化液滴群的速度与空间分布进行测量,获得了不同掺混条件下液滴群的扩散与分布特性。分析了不同入射角度下横截面大尺度CVP(反涡旋对)和纵截面剪切层涡结构的形成原因、演变特征及参数影响规律,对液滴扩散过程中的速度分布进行了研究,查清了喷雾入射角度、旋涡结构以及液滴扩散三者之间的内在关系。