商用航空发动机燃油喷嘴雾化锥角测试技术研究

燃油喷嘴雾化锥角是商用航空发动机燃油喷嘴研制过程中的重要参数。为了解决人工识别喷雾锥角边界的测试方法中存在的主观性和系统性误差,采用了基于雾滴散射光强分布的喷雾锥角测试方法,开发了锥角测试系统及图像处理软件,校验了测试精度,试验验证了测试技术的可行性。结果表明该技术具备自动识别锥角功能、测试精度高、实用性较强。

雾化锥角对喷雾在横流中蒸发掺混的影响

通过数值模拟方法研究了雾化锥角对蒸发的喷雾液滴群在横流气体中掺混特性的影响,寻求强化掺混和提高温降效果的雾化锥角。提出了评价掺混水平的方法,在与实验吻合的基础上,获得了40°、60°、80°、90°和100°雾化锥角下气相温度的概率分布函数规律、流场结构和两相掺混度曲线。结果表明,随雾化锥角增大,温降效果提高,而掺混度先增大,雾化锥角90°时达到最大值,继续增大雾化锥角,掺混度降低;小雾化锥角时产生对称多涡对结构,在一定区域内促进掺混,而较大雾化锥角时产生混乱的多尺度涡结构,有利于整个掺混截面的温度均匀分布;综合考虑掺混度和温降效果,90°～100°为优化喷雾雾化角。

喷射成形Al-Zn合金凝固过程模拟Ⅱ——雾化锥凝固行为

将单个液滴冷却凝固的数学模型(见第I部分)与液滴尺寸分布函数相耦合,以Al-12Zn为模拟合金,分析了气体初速度、熔炼温度、熔体流量等对液滴尺寸分布以及雾化锥在不同位置平均固相率的影响。结果表明,提高气体初速度,同一位置上雾化锥横截面上的平均固相率增加。提高熔炼温度或者增加熔体流量,相同位置的雾化锥横截面上的平均固相率减少。

喷射成形过程中雾化锥体的温度场与质量场

本文着重研究了喷射成形过程中雾化锥体的温度场与质量场的测定方法．进一步测定了纯铝及ＺＱＳｎ６－６－３青铜的温度场和质量场，并讨论了其特征．

气力式感应型静电喷头雾化锥角正交试验研究

针对目前现有静电喷头雾化效率低、雾化锥角较小等问题,通过改变静电雾化过程中气力式感应型静电喷头的液压、气压和静电压,并对其进行了正交试验设计,获得了不同因素水平下的雾化锥角。利用SPSS软件进行数据分析,最终得到最优的试验因素组合气压0.25MPa,液压0.05MPa,电压-1 000V,并通过方差分析得到影响雾化锥角最显著的试验因素。试验结果表明:气压和液压对喷头的雾化锥角有一定的影响,电压对雾化锥角的影响较小。

不同喷口扩张角下离心喷嘴雾化锥角特性研究

为研究扩口式离心喷嘴的雾化锥角特性,对5个不同扩张角度的喷嘴展开了试验与数值计算研究。试验以RP-3航空煤油为工质,采用高速摄影对油雾场进行拍摄,Matlab二值化处理得到雾化锥角;数值计算采用VOF(Volume of fluid)方法结合RSM(Reynolds stress model)湍流模型。研究表明:随着扩张角的增大,锥角不是单一的变化规律,而是呈先增大后减小的趋势,且不同油压差下锥角峰值及其对应的扩张角有所差异。揭示了随扩张角增大,扩张段内液膜呈现附壁/未附壁两种流动模态。结合试验与理论计算结果分析,发现供油压差增大后,60°扩张角会限制锥角的大小,使锥角峰值出现在90°扩张角处。然后,比较100°,120°扩张角的气液两相图,发现扩张段内的射流使附近空气与其同方向运动产生回流区,而回流区与空气核相互作用反过来又影响着射流的偏转幅度,决定液膜未附壁时的锥角值。最后比较发现平口喷嘴的雾化特性决定了两种模态的出现与否,解释了已有研究中规律不一致的原因。

基于Fluent仿真的喷嘴雾化锥角的数值模拟

为了研究制丝加料雾化过程中料液流量、雾化压力、料液温度与雾化锥角之间的关系,通过搭建载料雾化试验平台,针对喷嘴雾化在卷烟生产中常用工况下进行了试验,得到在不同气体压力、不同料液流量和不同料液温度情况下雾化锥角的数据和变化情况,再通过用Workbench Fluent仿真软件模拟出相应工况下的雾化锥角,提高了测得的雾化锥角的可靠性和精度,为卷烟制丝加料过程中的喷嘴雾化提供了科学依据。

双油路离心喷嘴雾化锥角的试验研究

针对双路离心喷嘴开展雾化锥角的研究,采用高速摄影仪拍摄不同供油压差,仅副油路、主油路和主副油路同时工作时的喷雾形态,进而分析不同工况下雾化锥角的变化规律,同时与传统经验关系式结果进行对比。结果表明,单路压差增加时,平口式的主油路锥角迅速增大,扩口式的副油路锥角逐渐减小,共同喷射时,由于低压核心区的作用双路锥角处于两路单独喷射之间,并随主油路压差增大而增大,随副油路压差增大而减小。最后将传统经验关系式结果和试验结果进行对比,由于特殊的喷口结构产生了径向速度分量,关系式结果均偏高。

水反应金属燃料发动机一次进水雾化锥角数值仿真

为了研究雾化锥角对水反应金属燃料发动机一次进水反应的影响,对水反应发动机一次进水燃烧情况进行了建模,仿真了水反应特性和流场特性,通过改变镁粒径、喷嘴位置和雾化锥角大小,进行了对比分析。仿真结果表明,水反应剧烈的位置液滴挥发作用也强烈;温度场的分布与镁液滴分布有很大关联,镁液滴多的位置流场温度低,镁液滴少的位置流场温度高;增大镁粒径,水反应强烈的区域向后移动;雾化锥角影响流场特性;不同镁粒径条件下喷嘴最合适雾化锥角和位置不同。

多孔直喷式柴油机喷注雾化锥角燃前最终值的确定

本文从理论上对多孔直喷式柴油机喷注雾化锥角的燃前最终值进行探索并结合实测,获得其值为30°的结果。

X旋流压力喷嘴雾化锥角实验研究

为研究X旋流压力喷嘴的性能和参数,基于自行设计的喷雾实验系统,采用高速摄像仪成像方法,设计了5种不同喷嘴直径分别对应8种不同喷嘴供水压强的喷雾实验。实验结果表明:当X旋流压力喷嘴直径小于1.5mm时,喷雾雾化锥角随着喷嘴供水压强的上升而上升;当喷嘴直径大于1.5mm时,喷雾雾化锥角随着喷嘴供水压强的增加而减小;在相同供水压强下,喷雾雾化锥角随着喷嘴直径的增大而增大,且增大的幅度随着直径的增大而减小。

高背压对气泡雾化雾化锥角的影响

在背压0.4MPa^4.1MPa的条件下进行气泡雾化试验,研究了气泡雾化的雾化角在喷射速度20m/s^27m/s、气液质量比(GLR)4%~10%、背压0.4MPa^4.1MPa范围内的变化规律。试验结果显示:喷射速度和GLR的增大都能使得雾化角增大,背压不同时也一样。在背压较低时,随着背压的增大雾化角变小,而当背压增加到一定程度以后出现拐点,随着背压的增大雾化角也增大,拐点大概是在1.1MPa左右。

不同结构参数对喷头雾化特性的影响规律

针对目前雾化喷嘴存在的雾化压力高、雾化范围小等问题,设计了一种雾化喷头,并分析了该喷头的雾化特性.利用激光粒度测试仪探究压力为0.15~0.30 MPa、出口直径为0.3~0.9 mm等条件下对喷头雾化锥角、速度场和液滴粒径的影响,获取了不同试验条件下流场流动特性的变化规律:在低压力下,雾化锥角受喷头出口直径的影响较大,出口收缩角越大则雾化特性越优良;出口直径为0.9 mm的喷头,喷腔长孔比为1、出口收缩角为75°时更能实现大范围的作业;随着喷雾压力增大,水滴速度最大值也显著增大,但压力对雾化流场整体速度分布趋势的影响不大.水滴直径也随着喷头出口直径增大而增大,且喷头出口直径对水滴直径影响显著,但水滴直径相同时,出口直径越大,水滴速度越小.该结果为雾化喷头在中低压范围内的应用提供了理论参考.

某双油路离心式喷嘴雾化性能分析

燃油喷嘴的雾化对于解决航空发动机燃烧室问题是至关重要的,为探究某双油路离心式喷嘴的雾化性能,运用两相界面追踪流体体积(Volume of Fluid,简称VOF)方法对该喷嘴的内外部流场进行数值仿真。以双油路离心喷嘴的雾化锥角、质量流率以及液膜厚度作为雾化性能指标,分别模拟出主油路单独供油、副油路单独供油以及主副油路同时供油三种不同工作模式在不同压差条件下喷嘴燃油流动的稳态情况,获得双油路离心喷嘴的雾化性能指标并对其影响规律进行研究。结果显示:数值仿真能较好地模拟出喷嘴的雾化特性,随着压差增大,扩口式主油路单独工作时的雾化锥角减小,平口式副油路单独工作时的雾化锥角增大。当主、副油路同时工作时,雾化锥角随压差的增大而增大且始终处于单路单独工作时的雾化锥角之间;质量流率随着压差的增大而增大且增幅逐渐减缓;液膜厚度在低压区随压差的增大而迅速减小,随后趋于稳定。

缩进长度对液液同轴离心喷嘴雾化过程的影响

为探究缩进长度对液液同轴离心喷嘴雾化锥角的影响,中心喷嘴工质采用N_(2)O_(4),外喷嘴工质采用偏二甲肼(UDMH),通过数值仿真获得了喷嘴内部流场的细节特征以及缩进数N对喷嘴雾化锥角的影响规律。结果表明:当N<1时,喷嘴的雾化锥角呈现先增后减的趋势;当N>1时,喷嘴的雾化锥角略微增大;当N=0时,UDMH与N_(2)O_(4)液膜之间会形成低压区,使得UDMH液膜张角减小,N_(2)O_(4)液膜张角变大,并在液膜末端贴合在一起,最终雾化锥角为外喷嘴与中心喷嘴雾化锥角的中间值;当N>0.85时,UDMH与N_(2)O_(4)会在缩进室内部发生明显的掺混,液膜变形程度加剧;当N>1.27时,缩进室会对内部混合流体起到整流作用,从而使其雾化距离增加。

新型燃油锅炉喷嘴宏观雾化特性实验研究

燃油锅炉的运行效果受喷嘴的雾化效果影响。基于此,本文提出一种新型组合式双油路空气雾化喷嘴并通过粒子图像测速法(PIV)对其雾化场进行测量,研究空气对双油路离心式喷嘴雾化性能的影响,为喷嘴研究提供实验依据。

基于主动轮廓方法提取雾化锥角

基于主动轮廓方法(ACM)原理,将ACM延伸开发应用到雾化锥角的测量领域.经过调试,ACM成功捕捉到了雾锥边界以及喷雾矩在喷口后一定位置处出现的收缩特征,准确地获得了雾化锥角.验证结果显示:ACM获得的雾化锥角数值与阴影法测量值之间的相对误差小于1.5%.基于ACM提取雾化锥角方法的应用可以在保证实验结果准确度的同时降低工程应用成本.

直射式气动雾化喷嘴对燃烧室性能的影响

为了深入分析燃油喷嘴对燃气轮机燃烧室性能的影响,针对燃气轮机燃烧室中的直射式气动雾化喷嘴开展了数值模拟,获得了气流流量、燃油流量和气液比对雾化性能的影响规律,喷嘴的雾化性能参数包括雾化粒径和雾化锥角。结果表明:气液比和气流流量对该型喷嘴的雾化性能有显著影响,燃油流量对雾化性能的影响较小;气液两相间相对速度是影响该型喷嘴雾化性能的决定因素,相对速度增大有利于减小雾化粒径,并增大雾化锥角;气流流量和气液比的增大均有利于雾化粒径的减小,燃油流量的增加将使雾化粒径增大;增大气流流量、气液比和减小燃油流量均可使雾化锥角增大;该型喷嘴的雾化锥角变化范围为30.12°~41.24°,雾化粒径变化范围为131.46~186.52μm。喷嘴可实现在较小的雾化锥角变化范围内获得较宽的雾化粒径变化,以此匹配燃气轮机燃烧室不同工作状态,具有较高的实用价值。

室外造雪机用核子器雾化性能规律实验研究

为研究国内室外造雪机组重要雾化器件核子器的雾化规律,以空气和水为介质,利用高速摄像机和激光粒度分析仪研究了国产KBJD-1型号核子器的索特平均直径、雾化流量和雾化锥角等性能指标的变化规律。结果表明:索特平均直径随供气压力的增加呈指数减小,随供水压力的增加呈指数增加,且随着气液压力比的增大,粒径的变化率逐渐降低;在相同供水压力1.0 MPa、不同供气压力0.3~0.8 MPa的实验工况下,雾化流量与供气压力为负近似线性相关;雾化锥角随着供气压力的增大先增大后减小,在供气压力达到约0.55 MPa时,雾化锥角达到最大值。

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%。