PDPA在燃油雾化特性实验中的应用

为了加深对燃油喷嘴雾化特性的研究，通过先进设备来研究雾化质量，从而为喷嘴的研究和设计提供实验依据，这种研究具有重要现实意义。介绍相位多普勒激光测速仪测试原理以及燃油喷嘴雾化实验过程，通过对燃油涡流喷嘴在不同压力下雾化特性的测量，得到了喷嘴雾化直观的试验结果，从而为喷雾特性的理论研究提供试验验证。     

两种小尺度旋流杯方案的喷雾特性研究

为了获得小尺度旋流杯及其改进型的喷雾特性,采用PDA(Particle Dynamics Analyze)测量系统进行了实验研究,测量了单头部和三头部情况下的流场和喷雾场。结果表明:小尺度旋流杯的流场和喷雾性能对结构尺寸的变化非常敏感,相比于原方案,改进方案显著改善了该旋流杯的喷雾特性。尺寸效应对小尺度旋流杯的影响很大,在单头部受限与不受限两种情况下,改进方案的喷雾锥角相差约10°~15°,且受限条件更能反映旋流杯的实际喷雾特性。三头部时旋流杯的流场、雾化特性与单头部基本一致,单头部受限空间实验基本能够反映旋流杯的流场及雾化特性,但在实际环形燃烧室结构中还需要考虑喷雾间的影响。     

喷嘴技术的发展

本对除了航空燃气轮机主燃烧室的燃油喷雾装置以外的各工业界是所用的喷嘴技术发展作概括综述。运有高速（音速或超音速）气流来雾化高粘性，易凝，磨损性液体以及形成超细喷雾是各工业界喷雾技术发展的共同点之一。雾化技术必须与喷雾散布技术结合才能达到工业装置对喷雾的全面要求。非常小流量的喷嘴与非常大流量的喷流的技术发展仍是喷雾技术上的难点，高反压下的喷雾技术研究很少，极待发展。     

模型燃烧室冷态喷雾场的实验研究

使用相位多普勒分析仪ＰＤＡ（Ｐｈａｓｅ Ｄｏｐｐｌｏｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ）对模型燃烧室内的喷雾场进行了实验研究,测量了喷雾场不同工况下的喷雾特性,分析了喷雾压力和旋流器对喷雾场的影响。证明喷嘴压力提高可以增大喷雾场中粒子速度、通量及降低平均直径;空气流则可以改变喷雾分布型,形成回流区并扩大喷雾场范围。     

高速运动喷雾图像的实时采集技术

针对高速运动喷雾图像的实时采集技术，开发出用于柴油机喷雾测试的实时图像采集系统，对喷雾初始信号的探测、脉冲激光器触发以及图像采集之间的时序关系进行了研究，并通过试验测得了ＣＣＤ摄像机对光强的响应特性。最后，给出了该系统在柴油机喷雾开始后延时０．９ｍｓ实时采集的喷雾图像实例。     

往复式汽油直喷发动机燃油喷雾特性研究

通过试验研究了高压燃油喷射系统和涡旋喷油器的喷雾特性,在不同喷射压力、背压压力和喷油持续期条件下,利用高速摄像机对喷入定体积容器的雾态燃油进行了喷雾贯穿距离、喷雾锥角、喷雾远端燃油发展速度和液滴特性等参数的测量.试验结果表明在低背压压力下,喷雾呈现出空锥、较大范围的分布形态,有利于实现燃油与空气的均质混合;然而在高背压条件下,喷雾呈现出紧凑密集的分布形态,有利于实现燃油与空气的分层混合.获得的贯穿距离经验公式与试验测量值在一定范围内是一致的.低背压条件下,涡旋形态出现在喷雾的远端,而在高背压条件下,涡旋形态出现在喷雾的中部.      

新型气动雾化喷嘴喷雾特性的实验研究

对一种新型气动雾化喷嘴的喷雾特性进行了实验研究。该喷嘴的喷雾是由环缝射流和中心旋转射流剪切破碎中心燃油射流而形成。实验用二维激光测速测粒仪对喷嘴下游几个截面上气流和液滴的平均速度和脉动速度,以及液滴的粒度和浓度沿径向的分布进行了测量。研究了中心旋流强度对喷雾的影响。测量结果显示喷雾中心存在低速区和固体涡核,而喷雾边缘具有较高的速度。浓度呈空心分布。喷雾具有很大的湍流脉动。      

应用相多普勒粒度仪研究喷雾特性

应用相多普勒粒度分析仪（ＰＤＰＡ）获得了双油路喷嘴详细的喷雾特性。将ＰＤＰＡ测得的空间点数据分别沿扫描径向和所在测量截面积分,得到液滴的线平均和面平均直径。ＰＤＰＡ的线积分数据比马尔文仪测得的线积分值要大;面积分平均直径与液膜波不稳定理论计算的初始平均直径相符合。结果表明,对描写喷雾特性和确定喷雾质量,ＰＤＰＡ是可靠的测量装置。     

提高测量最大铰链力矩试验数据精准度的有效模拟技术研究

简述了“舵面气动特性研究”的研究内容之一，提高测量最大铰链力矩试验数据精准度的有效模拟技术，铰链力矩试验的目的就是确定操纵面的最大铰链力矩。通过对铰链力矩试验方法的研究和对铰链力矩天平的技术攻关，成功地研制了一台新型铰链力矩天平；提高测量最大铰链力矩试验数据精准度的有效模拟技术研究卓有成效。研究结果表明：将细长体导弹升力面以前的弹身等直段适当截短对尾舵的气动特性影响很小，这对于提高测量战术导弹操纵面最大铰链力矩的精准度十分有意义。     

低压环境下过热流体喷雾特性实验

为了研究低压环境下燃料的过热度、喷射压力和喷嘴几何结构对喷雾形状和液滴索特尔平均直径等喷雾特性的影响,测量了不同环境压力下的煤油泡点温度,并给出了环境压力和泡点温度的经验关系式。将过热的航空煤油通过直射式喷嘴喷入低压容器中,进行了不同喷射条件下的喷雾实验。使用高速摄影仪和激光粒度仪进行拍摄和测量,得到了一系列的粒子索特尔平均直径数据和喷雾图片。结果表明,过热度的增加、喷射压力的增加和喷嘴长径比的减小都能够改善煤油的喷射雾化效果。     

靶式喷嘴雾化特性实验研究

对靶式喷嘴雾化特性用三维相位多普勒粒子分析仪进行了实验研究。测量结果显示,该靶式喷嘴雾化效果较好,喷雾中心粒度较小,粒度随气液质量比增大呈减小趋势,重力对喷雾场粒子速度分布有一定的影响。     

直射式喷嘴喷雾特性的实验研究

用二维激光测速测粒仪,对直射式喷嘴在横向气流中所形成喷雾的粒度、平均和脉动速度,以及浓度进行了测量。研究了喷雾的结构,气流速度以及喷射方向对喷雾特性的影响,不同直径的粒子在横向的扩散。为两相流模型的研究以及数值计算结果的验证提供实验数据。      

航空发动机燃油喷嘴雾化角度测量研究

喷雾锥角的大小直接影响到燃料在燃烧室空间的分布特性。为解决传统的人工测量喷雾锥角方法的精度较低、重复性较差等难题,拟采用基于计算机视觉与图像处理技术,运用MATLAB/GUI软件的强大图像处理功能设计出航空发动机燃油喷嘴雾化角度测量系统,实现可视化界面操作。结果表明:该系统处理速度较快、精度较高,可减轻人工判读的繁琐工作量,对于质量较差的图像,可通过人工判读,减弱系统读取误差对试验结果的影响。     

贫油预混预蒸发低污染燃烧室流场特性试验

采用粒子图像测速(PIV)技术测量带双环旋流多点燃油直接喷射(TAMI)头部的贫油预混预蒸发(LPP)低污染燃烧室流场特性,试验相同进口条件下冷态及喷雾燃烧时流场结构,通过分析平均流场涡量、湍流强度及切应变率等特性参数来详细说明喷雾燃烧对贫油预混预蒸发(LPP)低污染燃烧室流场的影响,并且研究了不同进口参数对其燃烧流场的影响.试验结果表明:①装有此头部的LPP低污染燃烧室喷雾燃烧流场回流区比冷态流场要小,并且平均流场特性参数在燃烧前后变化比较大;②随着进口油气比增加,中心回流区变短变胖;③随着进口空气量增加,回流区变窄变长.本试验所获得的流场特性结果可为低污染燃烧室的设计提供了一定的参考.      

双路离心喷嘴雾化特性的PDPA实验研究

采用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）对某型航空发动机双路离心喷嘴的雾化特性进行了实验研究。PDPA可直接测得测点处的喷雾液滴的尺寸分布和速度大小,并据此求出了测点处的索特尔平均直径SMD和液滴的平均速度。在喷雾锥三个横截面上进行了测量,得到了SMD的空间分布,据此得到了喷雾锥的锥角,并与光学照相和计算机图像处理测得喷雾锥角进行了对比。实验结果表明：液滴尺寸随着供油压力的增大而减小,当压力增大到一定程度时,液滴尺寸趋于不变;当主、副油路分别单独工作时,随测量横截面与喷口之间距离Z的增加,SMD减小;在供油压力不变时,同一个测量横截面内,随着径向距离X的增加SMD值变化不大;喷雾锥角基本不随供油压力改变而变化。     

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。     

喷雾场特性的实验研究

采用全息方法对流动环境中实际喷嘴的喷雾场进行了大量的实验研究，获得了在不同工况下喷雾场液滴尺寸分布，液滴运动速度及运动角度和空间分布等许多实验结果，这些结果给出了喷雾特性随喷雾压力，气流速度和喷嘴尺寸等因素的变化特点，揭示了喷雾场中液滴速度及角度的分布规律，为喷雾运动的计算提供了有用的数据。     

液体离心喷嘴喷雾场动态特性的初步研究

为了研究喷嘴的动态特性,建立了喷嘴动态特性试验系统。采用高速动态图象测量设备,以水为模拟介质,对离心喷嘴喷雾场轴向速度、离心液膜破碎距离及表面波波长等参数进行了初步研究。结果表明:在脉动工况下,喷嘴压降及几何特性系数的变化对喷雾场轴向速度及离心液膜相关参数影响较大;所设计建造的试验系统及采用的测试仪器和试验方法可满足喷嘴动态特性研究的需要。      

喷口长度对离心喷嘴雾化特性的影响

为了研究喷口长度对离心喷嘴雾化特性的影响，对长喷口离心喷嘴内部流动状况进行了理论分析。采用高速动态测量分析系统，以水为模拟介质，对离心喷嘴流量、液膜展开角、喷雾场轴向速度等参数在不同压降工况下，随喷口长度的变化进行了试验研究。结果表明：喷口长度的增加使离心喷嘴流量增大、液膜展开角减小、喷雾场轴向速度降低；推导了长喷口离心喷嘴流量系数和液膜展开角的经验公式，该公式可供实际工程应用参考。     

侧向互击型层板喷注单元的喷雾特性

对侧向互击型层板喷注单元的喷雾特性进行了试验研究。利用PDA测量了喷雾场下游典型截面上各点的液滴速度、直径、体积通量等参数。分析了喷注单元的雾化过程和喷雾特点,同时研究了混合比和喷注单元的结构参数流道截面积比、喷口宽度的影响。实验结果表明,混合比的提高有利于雾化和喷雾分布;喷注器的结构参数对雾化质量、液雾的空间分布特性具有重要影响。在喷口槽宽合适时,存在最佳的流道截面比,有利于改善雾化。对于一定的流道截面比和混合比,存在最佳的喷口尺寸使雾化质量和喷雾分布最优。结果表明,对于侧向互击型层板喷注器,通过合理的选结构参数,能够控制推进剂的雾化、空间分布和混合,实现所需要的喷雾分布。