可压缩气体中粘性液体射流分裂与雾化机理

采用空间线性稳定性分析方法对可压缩气体中的三维粘性液体射流分裂与雾化机理进行了研究,得到了具有普遍三维扰动形式的、描述射流自由表面扰动发展的色散关系.影响射流分裂与雾化的参数有Reynolds数、Weber数、气液密度比及气体介质相对于射流运动参考系的Mach数.Reynolds数、气液密度比和Mach数在射流分裂与雾化过程中总是起着不稳定性的作用.Weber数的作用较复杂,当Weber数较小时,气液界面上的扰动增长率随着它的增大而减小;当Weber数较大时,它在射流分裂与雾化过程中起着不稳定性的作用.     

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。     

气流旋转对液体射流分裂与雾化的影响

为研究旋转气流对液体射流分裂与雾化的影响,建立了旋转气流中的空心柱形黏性液体射流三维模型,对气流旋转强度在射流分裂与雾化的作用进行分析计算.结果表明,低速射流的分裂破碎机理与高速射流的雾化机理不同.在低速射流中,内部气流旋转强度对射流的稳定性影响不大,但外部气流旋转强度却起着稳定性的作用;在高速射流过程中,内部气流旋转强度始终起着不稳定性的作用,而外部气流旋转强度对轴对称扰动的影响不大,但对非轴对称扰动均起着不稳定性的作用.     

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．     

气动力对空心圆柱形液体射流分裂与雾化特性的影响

采用线性稳定性分析的方法推导出了普遍三维形式下空心圆柱射流自由表面扰动发展的特征方程，着重考察了射流内部与外部气体密度不相同的情况，数值计算表明了气注交界面上气动力在射流分裂与雾化过程中 终起着不稳定的作用。     

气体旋转运动对类反对称模式下环膜液体射流破碎尺度的影响

利用线性不稳定性理论研究了气体介质旋转运动对类反对称模式下黏性环膜射流破碎不稳定性的影响.通过对描述黏性环膜射流不稳定性色散方程的推导和数值求解,研究了气体介质的旋转运动对环膜射流破碎尺度模式的影响.研究表明,对于类反对称模式的液体环膜射流,内气体介质的旋转运动对射流的不稳定性有极强的促进作用.能使射流迅速从大尺度破碎模式转换为小尺度破碎模式;外气体介质的旋转运动是环膜射流破碎的促稳因素.不能改变环膜射流的破碎尺度模式.研究结果证明了类反对称模式主要与环膜射流的内气.液界面相关联.在此条件下,内气体介质的失稳作用控制射流的破碎尺度特征,而外气体介质的促稳作用在"穿透"液体射流后被大大衰减.     

旋转液体射流雾化的计算理论与实验研究

采用Ｎａｖｉｅｒ－ｓｔｏｋｅｓ流体力学方程描述喷咀内部旋动流体和喷咀外部旋转射流的流动状态。在微小单元段速度作某些假定的条件下，求得速度和压力的分析解；研究旋转液体射流的雾化理论，讨论影响雾化的主要因素，并通过实验方法观察雾化状态和测量雾化角；最后给出实例。     

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.     

低频超声激励射流破碎过程模拟与实验研究

设计了超声频率为20,kHz的激励破碎制粒装置,利用该装置制备了海藻酸微球.基于FLUNET软件中的流体体积函数,建立了低频超声激励下射流破碎的计算模型,研究了射流速度、激励幅度和激励频率对射流破碎过程的影响.实验结果与模拟结果较吻合,验证了所建立的计算模型的有效性和合理性,为进一步研究低频超声扰动下射流破碎法制粒过程奠定了理论基础.     

蒸发粘性液体射流不稳定性理论分析

通过线性不稳定性理论,对蒸发粘性液体射流稳定性理论问题进行了研究,分析了小扰动随时间的发展情况,讨论了可解性条件,求出了解的特征方程式。     

电磁激励谐振对射流碎裂过程的促进作用

根据量纲一色散关系式数值计算得到的射流碎裂点最不稳定波数,在射流试验台上对平面液膜射流进行电磁激励谐振,采用闪光摄影技术对有无电磁激励谐振的液膜射流碎裂过程进行比较试验研究。结果表明:电磁激励谐振对于射流的碎裂过程影响很大,按照量纲一色散关系式计算所得的表面波最不稳定波数设置的电磁激励谐振能够大幅度缩短射流的碎裂长度,静止空气环境中射流的碎裂长度缩短了17%～60%,空气助力环境中射流的碎裂长度缩短了13%～52%,明显改善了一级雾化的效果。     

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.     

气-固两相旋转射流场稳定性研究

采用考虑悬浮固粒与气流相互作用的Marble压力耦合模型和涉及悬浮固粒容积系数与平均固粒雷诺数的修正斯托克斯阻力公式,得到了含悬浮固粒的旋转射流稳定性控制方程及相应的修正瑞利稳定性准则．通过计算,给出了不同团粒属性及气相跳跃速度下旋转射流的增长率和发展系数曲线,根据所得稳定性准则,得到了固粒属性对旋转射流稳定性影响的重要结论,文中结论为工程控制旋转射流场及后续发展提供了理论依据．     

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.     

旋转水射流破岩的数值模拟分析

采用非线性动力有限元和岩石动态损伤模型模拟了旋转水射流作用下岩石的损伤破坏过程 ,其中岩石损伤场的求解采用解耦的方法。同时还对旋转水射流的破岩机理进行了分析。模拟计算结果与前期的试验结果一致 ,均显示旋转射流具有较强的破岩能力 ,其原因在于旋转射流的质点具有三维速度 ,破岩时以倾斜冲击为主 ,易于在岩石表面形成拉伸和剪切破坏 ,回流的干扰较少 ;破岩过程首先是形成一环形破碎带 ,然后沿径向和轴向发展 ,所形成的破碎坑呈内凸锥状。旋转射流破岩的优势在于破碎面积大、效率高。     

液-液两相介质中液滴在冲击作用下的演变过程

本文自行研制了一种用于研究冲击作用下,液-液两相体系中液滴变形及其破碎现象的坠落实验装置,并通过在油为连续相环境中生成球形液滴,对液滴在冲击作用下的演变过程进行了实验研究．结果表明,该装置在液．液两相介质中液滴变形破碎机理问题研究中展示出其特有的优势和潜力;通过高速摄影所记录的液滴演变过程,总结出本实验条件下四种较为典型的演变模式,根据其演变特征分别称之为袋状、帽状、竹节状和蘑菇状模式．这些模式所伴随的变形、破碎等过程具有不同的特点,其中有些模式在已有的公开文献中尚未见到相关报道．此外,针对几个重要参数,如冲击强度、液滴直径、相界面张力、液滴及外环境油相密度等开展了一定的研究．在此基础上,重点关注冲击强度和液滴直径两个参数对液滴演变的影响．结果表明,坠落高度和液滴直径存在一定的等效性,即适当的坠落高度和液滴直径搭配可以得到类似的演变模式．     

围压对旋转射流破岩钻孔效率的影响

根据现场径向水平钻井技术的需要 ,在前期常压条件下研究的基础上 ,对围压条件下旋转射流的破岩钻孔效率进行了试验研究。结果表明 ,在围压条件下 ,随着射流压力的增加 ,旋转射流破岩效率呈现出线性增加的趋势。随着喷距的增加 ,破碎效率呈现出先增加后减小的趋势 ,即存在最优喷距。在围压低于 5MPa时 ,破碎红砂岩的最优无因次喷距为 2～ 2 .5 ;随着围压的增加 ,破岩效率呈指数下降趋势 ,最优喷距随围压的增加而减小。在同压差条件下 ,围压比射流压力对破碎效果的影响更大。