圆射流零阶色散关系式的线性稳定性理论推导

为了研究粘性圆射流喷射进入不可压缩气体介质中的碎裂过程,利用线性化的纳维-斯托克斯控制方程组与线性化的运动学和动力学边界条件,采用流函数方法,对碎裂过程进行线性稳定性分析。结果表明:可推导出圆射流零阶对称波形的量纲一色散准则关系式,且该色散准则关系式只与量纲一参数——维伯数We、雷诺数Re、欧拉数Eu、马赫数Ma、气液流速比U、气液压力比P等有关。     

粘性和空气助力作用对液体碎裂过程的影响

进行了静止空气环境和空气助力环境下水膜和汽油油膜射流碎裂过程试验。结果表明,对于瑞利模式液体射流,喷射压力对液体碎裂过程几乎没有直接影响,射流流速是液体碎裂过程的首要影响因素。当射流流速较低时,液体粘性和空气助力作用对液体碎裂过程的影响大体相当,液体粘度的减小和空气助力作用均能够显著缩短射流的碎裂长度,改善一级雾化的效果;当射流流速较高时,液体粘性对液体碎裂过程的影响将大于空气助力作用的影响,随着流速的提高,空气助力对液体碎裂的促进作用将大为减弱。     

喷射压力对喷雾的影响

采用闪光摄影技术,在射流试验台上进行了较低喷射压力范围内瑞利模式液膜射流碎裂过程试验,在喷雾特性试验台上进行了较高喷射压力范围内柴油雾化质量的试验,对2种试验结果进行了比较分析.结果表明:由小宽厚比喷嘴喷射出的瑞利模式低速液膜射流碎裂长度随喷射流速的增大几乎呈直线增加,与喷射压力没有直接关系,喷射压力只有通过喷射流速才对射流碎裂长度产生影响,喷射流速是射流碎裂过程中的稳定因素;雾化模式的喷雾质量随喷射压力的增大显著改善,喷射压力和喷射流速转变成为液体碎裂的不稳定因素.     

纺丝液的导电性对静电纺丝单根纤维的直径及稳定长度的影响

选取PAN/DMAC溶液进行静电纺丝,用添加不同质量分数的氯化锂（LiCl）来控制纺丝液的导电性.研究纺丝液的导电性对静电纺丝单根纤维的直径及稳定长度的影响.实验表明射流沿轴向半径的变化依赖于盐的含量,随着LiCl含量的增加,r～2α关系式中的指数α增大.实验同时表明射流稳定长度随射流表面电荷的增加而减小,随着溶液导电率的增加,射流的稳定长度变短,静电纺丝射流的不稳定现象提早发生.     

水平管弹状流液弹频率的有限振幅界面波模型

应用分流层的平衡液膜理论和有限振幅界面波的势流理论,以不稳定界面波生长至波幅可跨接水平管上管壁为液弹形成的充分条件,导出了水平管弹状流液弹频率的计算模型．应用电导探针在内径２４ｍｍ、长度与内径之比大于６００的水平管中测量了水－空气弹状流的液弹频率．模型计算结果与试验结果相吻合．     

液气射流泵内部流场的数值计算

通过闪频仪观测,泵内部流动可分为分层流、液滴流和泡状流.为了简化模拟和计算,将计算区域分为部分喉管和扩散管两块.对液气射流泵喉管内部射流流动,建立抛物型流动方程组,采用控制容积法将方程组离散,并用TDMA法求解;对扩散管内部泡状流,采用双流体模型建立液气两相流方程组,混合有限分析法离散,压力耦合半隐式方法(SIMPLE)求解.数值模拟获得液气射流泵内部流速分布.计算预测的射流碎裂位置与试验观测结果一致;壁面压力分布计算值与试验值吻合较好,趋势相近.计算结果能够较好地反映液气射流泵外部水力性能,为液气射流泵的优化设计与运行提供参考.     

可压缩气体中的三维粘性液体空心柱射流稳定性分析

针对可压缩气体介质中的空心圆柱形粘性液体射流建立了三维模型,并对射流的空间稳定性进行了分析.影响扰动增长率的无量纲参数有Reynolds数、Weber数、气液密度比、气体介质相对于射流运动参考系的Mach数及空心柱内半径与液膜厚度比.Reynolds数在液体射流雾化过程中始终起着不稳定性的作用,但它对不稳定扰动波波数的范围没有影响.扰动增长率及不稳定扰动波波数的范围均随Weber数的增加明显增大.气液密度比在液体射流雾化过程中具有加速射流雾化的作用.气体介质相对于射流运动参考系的Mach数对射流雾化过程具有不稳定性的作用,也就是说气体的可压缩性在液体射流雾化过程中具有不稳定性的作用,它的增加会促进雾化过程的进行.当空心柱内半径与液膜厚度比较小时,它在雾化过程中具有不稳定性的作用,反之则具有稳定性的作用.     

旋流燃烧室内三维等温流场研究

采用三维RNG κ-ε湍流模型进行了旋流燃烧室内等温流场的数值模拟，给出了旋流燃烧室内不同截面位置速度分布的计算结果．数值模拟结果与文献中实验数据的比较表明，两者符合较好．该燃烧室采用叶片式旋流器并配置一次和二次空气径向射流．比较了一次空气射流和二次空气射流对燃烧室内流场的影响．研究结果表明，经旋流器进入燃烧室的旋转气流和一次射流空气在燃烧室头部形成回流区，这将有助于缩短火焰长度和稳定燃烧．一次空气射流深度几乎达到燃烧室中心，有利于气流的混合并增大回流量；二次空气射流深度较浅，其对燃烧室内流场的影响较小，     

全幅一段电磁制动与立式电磁制动技术模拟研究

以ANSYS14.5和FLUNET6.3为计算平台,针对全幅一段电磁制动技术和立式电磁制动技术,模拟计算了电磁制动过程结晶器内磁感应强度和流场分布.计算结果表明:全幅一段电磁制动和立式电磁制动技术在钢液中可以产生恒定有效磁场,磁感应强度主要集中于磁极覆盖区域,能够对钢液主射流起到控制作用,促进非金属夹杂物和气泡的上浮分离从而提高铸坯的纯净度;立式电磁制动能够更好地控制钢液主射流冲击铸坯窄面后的上升流,更加有效地稳定自由液面波动,克服了全幅一段电磁制动对上升流控制不力的缺点;全幅一段电磁制动对下降流控制稍好,但从整体制动效果上看,立式电磁制动技术更好,具有较全面并且良好的冶金效果.     

基于两相流EWF模型蒸发式空冷器数值模拟

建立了8排蒸发式空冷器管束三维模型,在恒壁温边界条件下,在管束表面施加质量源项模拟喷淋液膜,采用Eulerian Wall Film (EWF)模型与Mixture Species Transport模型耦合来研究蒸发式空冷液膜与空气间热质传递。数值模拟得到的空气出口温度、含湿量的数据与试验数据的误差分别为-0.67%～-0.98%、-4.95%～2.29%。比较了不同喷淋流量下管束表面液膜质量分布,小喷淋流量下液膜主要分布在管壁下半部分,随着喷淋水流量增加,管壁液膜分布趋于均匀,管排水膜温度由上至下先增加后减小。由于空气在管束背风面的流速较低,形成较高含湿量与温度三角区域。数值模拟得到的水膜与空气间的传质系数比试验值小,误差为-8.00%～-9.30%。揭示了蒸发式空冷器热质传递机理,为蒸发式空冷器设计改造提供了理论基础。     

受激液体射流破碎的实验研究

利用自行设计的实验装置,了受激液体射流的破碎特征,实验证明了受激液体射流在恰当频率的外加激励作用下,其破碎较自由射流更快,喷雾锥角及破碎２长度也会发生相应的变化。     

高压喷射雾化液滴的二次破碎机理

采用射流界面不稳定扰动波雾化分裂理论,分析了单液滴在空气中以极高的速度运动过程中,由于液滴所受内外作用力的不平衡边界条件所产生的表面扰动;建立了液滴二次破碎色散方程,给出了单液滴在扰动波作用下发生二次破碎的最快增长率和相应的最不稳定波长,以及破碎时间和稳定液滴直径;分析了液体粘性、液滴速度对高速运动液滴不稳定性的影响,对液滴雾化机理进行了理论探讨.仿真表明:由作用于高速运动液滴表面的不平衡力,使得液滴界面产生变形加速度,这是导致液滴表面不稳定而进一步分裂的内在动因;粘性对扰动波发展有抑制作用,气液界面运动加速度是控制液滴破碎的重要因素.     

液体射流分裂与雾化机理在喷雾特性预测中的应用

将粘性气体中的三维粘性圆柱形液体射流分裂与雾化机理，应用到喷雾特性的研究中．确立了喷嘴出口处未受扰液核长度及喷雾平均滴径的计算方法．本文得到的平均滴径与实验的统计值相吻合．此外，数值计算还发现高速射流的雾化过程主要是由短波长的扰动波引起的．     

液-液直接接触式制取流体冰的液滴形成特性

分散液体破碎形成液滴过程是液-液直接接触式制取流体冰系统的关键环节.基于图像采集与处理方法实验研究了非相溶冷媒(环境液体)中水(分散液体)喷射形成液滴特性,提出了分散液体破碎形成液滴的两种模式和3类射流破碎形状特征,获得了射流长度脉动和液滴平均粒径基于雷诺数的变化规律以及液滴形成的区域特性,确定了液滴粒径分布的经验分布函数.结果表明,随雷诺数的增加,分散液体破碎总是形成单液滴,其液滴形成模式由滴流发展为层流射流,且射流破碎形状由串珠单液滴向不规则液团转变,并演变为长条形液柱;在层流射流模式下,射流长度的脉动均具有随机和非周期特点,其脉动均值持续增长,液滴平均粒径则先减小后增加,其最小值出现在滴流向层流射流转变时.通过Pearsonχ2拟和优度检验,液滴粒径分布符合Rosin-Rammler分布函数,其显著性水平均达到0.03.     

低速液体射流Rayleigh模式破碎的数值模拟

该文采用有限体积法和Volume-of-Fluid方法在轴对称坐标系下求解原始变量Navier-Stokes方程,数值模拟液体射流射入与之互不相溶的流体中射流界面的Rayleigh模式破碎过程.计算捕捉到界面不稳定发展、变形和射流破碎以及液滴的形成过程,探讨了射流核心区长度和韦伯数的关系,分析了速度场和压力场的分布特点.     

液体射流在旋转气体中分裂破碎机理研究

研究了旋转气流中空心柱液体射流的流动参数、喷嘴几何因素在液膜分裂破碎过程中的不稳定性作用,结果表明：液膜的分裂破碎主要是由表面张力引起的;液体Reynolds数在整个射流过程中起不稳定性的作用;在旋转气流中,内部气动力及内部旋转强度的变化,对液体射流的不稳定性没有影响,而外部气动力及外部旋转强度在液体射流的破碎过程中起着稳定性的作用;在旋转气流中．射流内半径与液膜厚度比起稳定性的作用。     

液体泄漏破碎行为数值模拟

液体泄漏破碎行为研究对核反应堆安全分析具有重要意义,泄漏破碎形成的粒径尺寸分布是影响燃烧速率的重要因素.利用计算流体力学程序FLUENT对液体泄漏破碎进行三维模拟计算,与相关实验结果对比表明:液体流动轨迹、液滴索特尔平均直径(sauter mean diameter,SMD)与实验吻合较好,验证了流体体积法-离散颗粒法(volume of fluid-discrete particle model,VOF-DPM)模型模拟液体泄漏破碎行为的适用性.在此基础上分析了不同工质及不同流速对液体破碎行为的影响.研究表明,在液体喷射速度和管道破口直径相同的情况下,工质表面张力越大,破碎形成液滴尺寸越小;随着液体喷射流速增大,所得粒径平均直径减小;液体破碎粒径沿径向方向分布较为对称,液滴在喷射中心区域粒径较小轴向方向靠近破口处粒径较大.     

同轴旋拧气流中液体射流雾化特性的实验研究

用相位多普勒分析仪对同轴旋拧气流中液体射流雾化特性进行实验研究,测量不同气体射流速度和不同旋拧数下雾化液滴的直径.通过对索特平均直径的对比,分析旋拧气流对射流雾化的影响,并确定临界旋拧数的范围.     

The study on the relationship between breakup modes and gas-liquid interfaces

Based on the linear instability analysis, the study on the relationship between breakup modes and gas-liquid Interfaces of a viscous annular liquid jet moving in two swirling gas streams has been carried out. From the numerical results of the dispersion equation, the relevancy of the breakup mode between an annular liquid jet and two liquid jets of limiting cases, namely the cylindrical liquid jet and hollow gas jet, as well as the effects of injecting factors on the instability of an annular liquid jet, is studied in detail. Considering the effects of inner and outer interface radii on the instability of the jet, it is proved that the pars-sinuous mode mainly relates to the inner interface, whereas the pars-varicose mode mainly relates to the outer interface. The results also indicate that all the forces produced by liquid jet have similar impacts on either the instability of pars-sinuous mode or pars-varicose mode due to the fact that they can affect both inner and outer gas-liquid interfaces. On the other hand, all the forces exerting only on the inner interface have more powerful effects on the instability of pars-sinuous mode, and all the forces exerting only on the outer interface have more powerful effects on the instability of pars-varicose mode. That is to say, the effects of forces are weakened greatly when penetrating the liquid jet.     

旋流喷嘴射流初始阶段运动规律研究

应用质量守恒定律和动量守恒定律,建立了描述旋流喷嘴射流初始阶段运动规律的非线性常微分方程组,该方程组可以用数值方法方便地求解,理论计算结果与实验拍摄到的射流照片吻合很好,说明空心旋转射流受扰动失稳破碎成液滴管的最基本运动状态,是进一步从理论上研究该射液破碎雾化机理的基础。