超声速冷态流场液体射流雾化实验研究

采用全息诊断和高速纹影,对不同来流总压、来流马赫数、喷孔直径和喷射压力等条件下超声速冷态流场液体射流雾化进行了研究.初步了解了超声速流场中液体射流的雾化过程和机理,得到了射流的Weber数和Oh数等雾化参数,比较了不同条件下射流穿透高度的差异,得到了液滴平均直径和数量密度的空间分布.研究表明:射流表面不稳定波的增长是超声速流场中射流破碎的主要原因;射流与气流的动量通量比和喷孔直径影响射流穿透高度,动量通量比和喷孔直径增加都会增加穿透高度;实验中液体射流的雾化过程非常迅速,在喷嘴下游20mm处,直径0.5mm的射流就破碎成平均直径10μm左右的液滴群,随着液滴向下游运动,平均直径逐渐减小,平均直径和数量密度分布逐渐均匀.     

乳化柴油静电雾化的试验研究

首次采用环电极-针孔喷嘴结构的静电雾化装置对由80%的0#柴油、19%的水以及1%的乳化剂配制的乳化柴油进行了静电雾化的试验研究,利用三维粒子动态分析仪(PDA)对静电雾化射流核心区域一梯形平面内93个测量点进行了雾滴特性以及流场的在线测试.研究发现,乳化柴油射流在高压静电场中其雾滴尺寸将随静电场强度的增大而有规律地减少,且其粒径的均匀度得到较好的体现;高压静电场的施加使得荷电射流流场的雾炬张大,而且随静电场不断增加至6kV,流场边缘细小雾滴还将出现静电“卷吸”现象.该结果表明比起常规雾化手段,静电雾化技术的介入使得乳化柴油的雾化质量得到一定程度提高,这对于提高其燃烧效率及降低排放具有良好的应用前景.     

雾化槽燃油雾化机理的试验研究

本文利用脉冲激光展示了雾化槽的雾化过程,测量了油膜展宽和雾化槽的气流流场。对不同结构的挡板做了对比选型试验。发现雾化槽流场、挡板结构、燃油粘性和张力是造成油膜翻越的主要因素。雾化槽的燃油雾化主要来自雾化槽前边沿的油膜失稳雾化。     

电邦德数影响下无水乙醇的荷电微射流不稳定性

基于高速摄像及小尺度PIV技术对无水乙醇荷电微射流雾化模式的演变及射流不稳定性进行了实验研究。精确捕捉了无水乙醇荷电微射流的显微演变过程,探讨了电邦德数影响下不同雾化模式的射流不稳定性演变特征及其对微射流雾化特性的影响规律。实验结果表明:射流的非轴对称性径向扰动贯穿于整个射流雾化模式区间;随着电邦德数不断增大,射流偏离度呈先增大后减小的趋势,而其不确定性的脉动范围在锥射流模式下不断增大,过渡到多股射流模式后,脉动范围逐渐减小至零,而后再逐渐增大;锥射流模式下,射流核心区及速度方向均偏离轴心,射流速度较纺锤模式明显回落;多股射流模式下,射流核心区速度明显回升,但不同电邦德数下多股射流之间的速度分布差异较大;多数情况下,射流边界处的流线较为紊乱,缺乏对称性,但在电邦德数为13.30~13.60的极小区间内保持稳定的多股射流稳定雾化形态,射流核心区速度达到峰值。     

高压静电场中油液射流特性的实验研究

依据静电学和液体荷电的基本原理,分析了高压静电场中荷电油液在射流区、过渡区和雾化区的特性,提出射流长度,雾化角和液滴粒径分布是描述液体荷电射流特性的主要指标.通过自行设计和组装实验装置,分别探讨了不同电压下油液的射流长度和雾化角随电压的变化关系以及液滴粒径在电场中的分布规律.研究表明:射流长度随着电压的增大,总趋势是减小的,但在不同区域,电压对射流长度的影响不同;雾化角随电压增大到一定程度后,逐渐减小,最后趋于稳定;液滴的粒径随着电压的升高不断减小,当电压在65kV左右时,粒径较小且分布最为均匀.     

塞棒吹气时方坯结晶器中气泡运动的水模研究

实验考察了在方截面结晶器内，由水口部位吹气形成的射流与气泡群混合的复杂流场中群水体的流态和气泡群运动特性，测定了气泡群直径，上升速度分布、气泡穿透深度以及气泡诱导水体运动的特性等；对气泡运动与水体中夹杂物去除的关系进行了初步探讨；实验确定的最佳吹气参数可供生产操作参考。     

非定常电场下锥射流的振荡行为研究

针对非定常电场作用下电雾化系统性研究缺乏的情况,结合空间发动机对电喷雾推进系统脉冲工作的需求,对非定常电场作用下锥射流的振荡行为进行实验研究,利用高速摄像机记录锥射流在非定常电压扰动作用下的脉动变形过程,探讨射流振荡频率与电压扰动频率的匹配关系,分析不同扰动电压参数对射流形态的影响.研究表明:在非定常电场作用下,当电压...     

汽油液膜喷射和圆喷射雾化过程的PIV测量对比研究

利用PIV设备,在相同喷射压力和不同喷射脉冲下对分属液膜射流和圆形射流两种理论喷射类型的典型喷油器-涡旋喷孔和双喷孔喷油器的汽油雾化性能进行对比研究.研究表明:涡旋射流的油锥前锋以及外缘部分的油膜破碎均匀且雾化效果较好;双孔射流的雾化油滴粒子都集中分布在喷射中心线上,且油膜连接比较完整,雾化效果较差.涡旋射流雾化粒子的速度场分布比较膨胀和发散,而双孔射流的雾化粒子集中分布在中心线上(与浓度分布规律一致);相同时刻,双孔射流雾化粒子的速度绝对值最大值均明显大于涡旋喷孔.针对两种喷嘴都存在:喷射过程中越靠近喷嘴出口处的区域速度绝对值越大,而停喷后,高速区都集中在喷雾的前锋;在一定的喷射压力下,喷射结束时的贯穿距离与喷射脉宽基本呈正比关系.     

单头部燃烧室流场PIV试验测量

航空发动机燃烧室内流场结构直接影响燃油雾化、油气掺混以及燃烧性能,本文采用粒子图像速度仪(Particle image velocimetry,PIV)对某单头部基准燃烧室内的冷态流场和燃烧流场分别进行了试验测量。在冷态流场试验中,研究了进口空气流量变化对燃烧室内的流场结构、回流区尺寸大小变化的影响规律;而燃烧流场试验测量分别研究了进口空气流量和油气比变化对燃烧流场结构的影响。试验结果表明:由于下壁面中间主燃孔进气射流的强烈影响与挤压,导致旋流器出口处横向截面上的旋转气流不是一个完整的旋流气流;燃烧流场与冷态流场相比,其流场结构基本相似,但中心回流区宽度稍变瘦,随着油气比的增大,中心回流区逐渐变瘦,宽度变窄;随着油气比的增加,轴向速度逐渐变大、回流负速度变大;燃烧流场测量中,在燃烧室头部较好地捕捉到喷嘴喷出的油雾锥上油珠的速度大小。     

欠膨胀自由射流密度场的丙酮平面激光诱导荧光显示与测量

介绍了利用丙酮平面激光诱导荧光(PLIF)技术测量自由射流密度场的原理,并对两种射流总压下含有丙酮蒸气示踪剂的欠膨胀自由射流的密度场结构进行了显示.所得图像直观地显示了射流的桶状激波和马赫盘等特征信息,从中可以看出射流欠膨胀度主要影响马赫盘以前的流场,射流欠膨胀度越高,则射流直径越大,马赫盘越远离喷口,桶状激波越向外凸出.为检验丙酮PLIF技术测量密度场的精度,对实验流场进行了数值仿真.仿真所得到的密度场结构以及沿射流轴线的归一化密度变化曲线与实验得到的相应结果符合较好.     

超声速气流中的煤油喷雾研究

为了强化液体燃料超声速燃烧 ,注入的液体燃料以喷雾 (SprayAtomization)的方式 ,以便加速蒸发和混合。油雾直观图像对研究喷雾燃烧的内部复杂现象有很大帮助。由于实验上的困难 ,超声速气流中的喷雾图像较为罕见。笔者给出超声速气流中显示煤油喷雾的一种简单、实用方法。实验在一直联式超声速燃烧实验装置上进行 ,实验结果表明 ,煤油射流垂直注入超声速气流产生的油雾发展过程与气体射流基本相似 ,喷雾穿透深度与扩张随压力雾化喷嘴的压力增加而增加     

通过矩形喷嘴的非稳定液体射流

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，并与实验结果进行了比较。     

离轴全息成像测量三维气动旋流低温雾化场

为研究低油温工况下气动旋流雾化喷嘴近场雾化特性,建立了25 kHz皮秒脉冲激光离轴全息系统,对1 kPa气压、0.03 MPa油压和–40～28 ℃油温工况下喷嘴下游30 mm内近场雾化过程进行了三维可视化测试。实验获取了包含非球形液滴的近喷嘴雾化场清晰图像,记录了液膜袋状破碎与液丝分解等典型雾化动态过程。通过颗粒识别与定位,获取了雾化场中尺寸30～1500 μm的液滴粒径及三维位置,统计得到雾化场索特平均直径（SMD）的三维分布信息。研究发现:在气压1 kPa、油压0.03 MPa工况下,液滴粒径主要分布在200 μm以内,其中30～40 μm粒径占比最高,均在15%以上;三维粒径分布表现为雾锥中央粒径较大,边缘区域粒径较小;油温降低对雾化效果恶化显著,使雾锥体积缩小、雾化液滴密度降低且均匀性下降;油温从28 ℃降至–20 ℃时,下游截面中心粒径从300 μm左右增大至450 μm以上,局部大于650 μm;–40 ℃时,喷嘴下游出现大型液柱与多枝状液膜、液丝结构,燃油分解破碎距离进一步延长。实验结果证实了高速离轴全息技术在低油温工况下喷嘴近场雾化特性三维可视化诊断中的可行性,获取的雾化场三维参数可为喷嘴结构设计优化及雾化模型研究提供数据参考。     

发动机进气道天然气/空气混合流场的纹影显示

研究天然气/空气在发动机进气道中的混合特征以及喷射压力、流速和喷嘴布置对混合效果的影响.采用抽吸式风洞进行实验研究.进气流量由矩形通道中的喉道(声速面)控制.采用纹影对天然气/空气流场进行光学显示,得到了不同喷射压力、喉道高度和喷嘴布置(单列6喷嘴和3列18喷嘴)条件下的流场纹影照片.结果表明对指定喷射压力、喷嘴布置压力工况,当喉道高度为7.1mm,节流阀角度小于64.87°,天然气/空气混合流场与节流阀开度无关;当喉道高度为16.4mm,节流阀角度小于51.38°,天然气/空气混合流场也与节流阀开度无关.喷射压力和喷孔数决定着天然气的流量.尽管支架会引起流动阻力,影响进气效率,但支架喷射的混合效果要比壁面喷射的效果好.天然气流量由喷射压力和喷孔数决定,未观察到天然气向支板上游的气流中扩散.     

运用激光全息术和PDPA测量喷射燃料粒子场

为了获得发动机燃料喷射雾化特性,运用PDPA和激光全息术对喷嘴的燃料雾化粒子场进行测量.简要介绍了两种测量方法的原理和应用条件,对两种方法的测量结果进行了对比,验证了激光全息术测量结果的精度.最后在风洞实验条件下进行了喷射燃料粒子场测量.     

双旋流燃烧室两相喷雾试验和数值研究

采用粒子场脉冲激光全息技术对航空发动机燃烧室中的雾化场进行了测量,得到了燃烧室中燃油液滴直径的空间分布,从而对燃烧室中的雾化过程进行了研究。自主开发完成了适用于航空发动机燃烧室的三维两相数值计算平台,建立了首次雾化模型和二次雾化模型。基于LISA模型和KH-RT模型,对燃烧室中的首次雾化过程和二次雾化过程进行了数值模拟,得到了燃烧室中液雾的空间分布。通过将计算结果与试验结果进行对比,显示开发完成的雾化模型能很好的模拟高温高压,强旋流条件下航空发动机燃烧室的整个喷雾雾化过程。     

液体轴对称抛撒破碎和雾化的实验研究

对静止空气中液体轴对称抛撒的首次破碎及二次破碎进行了实验研究,通过纹影装置获得其首次破碎及二次破碎发展过程的纹影照片,通过激光散射粒子直径测量仪获得了二次破碎所形成雾化场的Sauter平均直径(SMD)随时间和空间的分布.实验结果表明,由于"Rayleigh-Taylor不稳定性"的发展,在液体抛撒所形成液核的前端发生了具有波浪形的首次破碎,首次破碎所形成球形液体颗粒的直径与发生首次破碎的液核前端的液体薄层厚度基本相当.由于不同直径液体雾滴的速度弛豫时间的差异,导致二次破碎后的雾化场具有大雾滴在前、小雾滴在后的特征.同时,由于实验液体具有高挥发性,导致与轴线的距离超出某一范围后,二次破碎所形成的雾化场又会出现雾滴的SMD随距离的增加而逐渐减小的趋势.