一种喷嘴的改进设计及其喷雾性能仿真分析

为研究并优化喷嘴的结构参数,结合离心式喷嘴的结构特点,在原有喷嘴结构的基础上增加旋流槽.利用VOF模型以及双方程湍流模型对原始结构喷嘴以及新增旋流槽结构的改进喷嘴,分别进行数值模拟.分析了两种喷嘴内部的液体流动特性及喷雾场中的喷雾特性和变化规律.结果表明,增加旋流槽结构能够有效减轻喷嘴内部出口处的涡流现象,降低喷嘴内压强;喷射液体的轴向速度减小,喷射束更发散,雾化锥角变大.     

用于产生喷射射流的方法,和双组分喷嘴

该发明涉及用于产生喷射射流的方法,和双组分喷嘴。具体而言,该发明涉及一种用于利用具有喷嘴壳体的双组分喷嘴产生来自液体/气体混合物的喷射射流的方法,所述方法具有混合供应的液体和供应的气体以及产生包括气体和液滴的喷射射流的步骤,其中,提供了气体射流的产生和所述气体射流与所述喷射射流的混合。     

旋转射流流线分析及旋流强度的计算

为了研究旋转射流的流动特性以及喷嘴和叶轮的几何形状对旋转流体旋流强度的影响,对旋转射流的流动及旋流强度进行了理论分析及计算。结果表明,在理想情况下,旋转射流的流线为一条对数螺旋线。为了使水力损失最小,导向叶轮的外形应与其流线相一致,旋流强度的大小取决于喷嘴的各个参数及叶轮的几何形状。同时利用五孔探针对不同旋流强度的喷嘴进行了轴向速度、切向速度的实测试验。试验结果表明,在旋转射流的主体段,轴向速度剖面呈现出“Ｍ”形分布特点,切向速度剖面呈现“Ｎ”形分布特点。旋流强度越大,旋转射流轴向速度越小,切向速度越大。旋转射流的能量随旋流强度的增加,衰减加快,射程变短。     

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。     

高压喷雾射流雾化及水雾捕尘机理的拓展理论分析

通过对射流扰动控制方程、射流色散方程解算结果的分析,基于两相流的喷雾概念模型,引入了空穴、湍流和空气动力共同作用的雾化模型。认为高压喷雾时,喷嘴内部形成的空穴和湍流作用主导喷嘴出口附近的一次雾化,而空气动力则控制着此后的二次雾化过程。提出以临界韦伯数作为射流是否发生二次雾化的判据。根据对液滴破碎方式的分析,认为液流完全分裂成雾滴的射流临界初速度为60 m/s,且射流破碎一般发生在一次雾化中,薄膜破碎一般发生在二次雾化中。基于液滴对尘粒的主动碰撞理论,对典型喷雾降尘机理进行了改进,认为当含尘气体处于非饱和状态且温度高于液体温度时,捕集率与液滴粒径间存在一个最佳组合;在相同的液气比,相同的液滴喷入时,降低气流速度有利于微细液滴对细小尘粒的捕集。     

幂律流体旋流射流的喷雾特性实验

采用高速摄影技术和三维相位多普勒分析技术,测量了幂律流体旋流射流的破碎形貌、液滴速度和粒径分布,获得了其破碎特征及规律.结果表明,幂律流体旋流射流随喷射压力增加可以划分为3种射流模式,即带旋转的圆柱射流模式、液线液滴共存模式和充分发展模式.黏性越大的流体,要达到同样的射流模式所需要的喷射压力也越大.液滴的轴向速度w、径向速度u和索特平均直径(SMD)在径向各位置呈中心小两侧大的分布规律,切向速度v接近于零.三维速度在轴向各位置随z的增加均有不同程度的减小,SMD也有减小的趋势.不同压力对轴向速度w的影响更为明显,且更多地影响了液滴的二次破碎.     

喷射角度和喷嘴数对旋流冷却流动与传热特性的影响

针对喷射角度和喷嘴数影响旋流冷却流动和传热特性的问题,采用数值方法进行了研究。研究时冷气通过不同的喷嘴进口进入旋流腔并经旋流腔出口流出,当变化喷嘴数时,保持喷嘴进口在轴向上均匀分布。研究结果表明:冷气从喷嘴射入旋流腔,冲刷壁面并与轴向主流强烈混合,形成了高传热区域;换热强度在轴向和周向沿下游逐渐减弱,高传热区域在下游向出口偏移。喷射角度远离90°时,冷气旋流运动减弱,传热强度减小;随着喷嘴数的增多,冷气喷射速度减小,高传热区换热强度减小,冷气周向速度和靶面传热强度分布更为均匀;平均努塞尔数随着喷射角度和喷嘴数的增大而先增大后减小,在喷射角为90°、喷嘴数为9时平均努塞尔数最大;总压损失系数随着喷射角度和喷嘴数的增大而增大。与简单圆管旋流冷却模型相比,喷射角为90°、喷嘴数为9的旋流腔结构的换热特性更加优良。     

多孔式喷嘴加湿旋流扩散燃烧流场的实验研究

利用激光粒子图像速度场测量技术对环型多孔式喷嘴的加湿与不加湿旋流扩散燃烧流场进行了实验研究,分析了湿度对旋流扩散燃烧流场的影响.结果表明,随着燃烧流场湿度增大,火焰明显变暗,火焰宽度和高度增大,回流区漩涡与燃烧器出口和喷嘴轴线间的距离减小,轴线上最大回流速度降低,轴线最大回流速度点与喷嘴的距离增加,逆流区宽度和喷嘴旋转射流扩展角减小,流场轴向出口的不均匀系数增大.     

喷雾重叠率对带钢冷却效果的影响

本文建立了双喷嘴气雾冷却系统的物理和数学模型,在固定单个喷嘴流量、压力、雾化角和喷嘴喷射距离的条件下,利用FLUENT软件对喷雾重叠率分别为0、25%、50%和75%时,雾化场中液滴分布、液滴速度以及带钢表面温度分布、带钢冷却速度进行仿真计算。数值模拟结果表明,当喷雾重叠率为25%时,雾化场内液滴的位置分布、带钢表面液滴的速度分布以及带钢表面的温度分布最为均匀,带钢冷却效果最佳;但与其他喷雾系统的特性参数相比,喷雾重叠率对带钢的冷却速度影响不大。     

过热液体储罐泄漏闪蒸射流形态演变特征

过热液体储罐或者管道在意外情况下结构失效破裂会导致气液两相泄漏,发生剧烈的相变,形成含有大量液滴和蒸气混合物的闪蒸射流,造成灾难性后果。本文通过实验,利用高速摄影仪研究不同储存压力、过热度及喷嘴尺寸下过热液体储罐泄漏闪蒸射流形态及喷射角动态演变特征。结果表明:泄漏过程中闪蒸射流形态及喷射角演变可分为膨胀阶段、稳定阶段和衰减阶段3个阶段;机械力作用和热力学作用的显著增加会强化闪蒸射流边缘液滴的传热传质、增大其蒸发速率,使得该区域液滴消失得更快,进而导致射流宽度减小;随着储存压力、过热度和喷嘴尺寸的增加,喷射角增大。     

利用PIV技术对柴油机高压喷雾流场的可视化研究

研究不同喷雾时刻及介质状态变化对柴油喷雾流场的影响.采用PIV(particle image velocimetry)激光测试技术对高压柴油喷雾流场进行速度场测量实验.实验时利用前次喷雾的液滴作为示踪粒子对当次喷雾进行速度场计算.分别进行了单次喷雾时刻、喷油压力、介质密度不同时的喷雾实验.喷雾过程中在雾注前锋周围会形成卷吸涡,且其强度随喷雾的发展及喷油压力的提高而增加;当介质密度增加后,雾注前锋贯穿速度降低,相对速度增加.柴油喷雾过程中形成的卷吸涡有利于柴油向周围空气的扩散,提高喷油压力可以有效地强化这种效果;介质密度增加使液滴密集度增加,对油气扩散混合有不利影响.     

水平管外液膜液滴作用下的蒸汽流动特性

为研究水平管外液体和气体相互作用下的两相流动特性,选择蒸发器中广泛应用的转角正方形排列管束为物理模型,采用流体体积函数(VOF)方法追踪气液界面,提出液体在管间以液滴形式存在的模型假设,结合管间空隙率数据来初始化水平管外液膜厚度和液滴直径,模拟蒸汽在管外液膜和管间液滴作用下的流动过程,分析气液两相的压力场和速度场.结果表明:小喷淋密度下,进出口压降计算值和实验吻合良好;在计算域内,下部区域压力值高于上部区域,且最小压力分布在液滴附近的右下侧区域;压力分布的不均会造成液滴在下落过程中的变形.     

运用数字粒子图像测速技术测量柴油瞬态喷雾

分析了数字粒子图像测速(DPIV)技术的基本原理,建立了一套柴油喷雾激光测量试验系统,运用DPIV技术对柴油喷雾结构进行了可视化测量,并测量了柴油的瞬态喷雾特性.研究结果表明,燃油喷雾速度随着喷雾时间的推延逐步降低,在喷雾后期喷雾速度降低尤为迅速;柴油瞬态喷雾具有典型的"树枝"状拟序结构;油粒速度沿轴线方向增加,外围油粒速度远小于核心油粒;喷雾与周边空气发生了"卷吸"作用,在喷雾内部形成了复杂的涡旋运动,涡度沿喷雾轴线方向增大.     

应用激光全息术对柴油雾化机理和喷雾特性的研究

经各种条件下的全息照片的定性分析和采用计算机数字图像处理的定量分析，得出了喷雾场的粒子分布情况不同于传统观点所认为的分布情况，并基于液体破碎理论进行了雾化机理的分析。讨论了喷射时间，气缸背压，喷射压力，喷油嘴结构对喷雾特性的影响。     

自由淹没气体旋转射流速度场实验研究

为研究自由淹没气体旋转射流速度场规律,采用五孔探针对自行设计的旋流器形成的流场进行定量实验研究。测量4种不同旋流强度下的流场,计算得到了各分速度在不同截面上的量纲一分布图,并进行分析研究。结果证实:轴向速度分布在旋流器出口附近区域与旋流强度有关,在与射流轴心垂直的截面上呈"M"形分布,逐渐发展成"马鞍"状、正态分布,直至衰减到零;切向速度呈中心对称斜"S"状分布,不同截面上的最大值大致出现在同一量纲一半径处;径向速度在半径方向呈"~"形分布,比轴向速度和切向速度小1个数量级;轴向速度和切向速度沿轴向逐渐衰减,衰减随旋流强度增大而增快。     

利用LSD技术对高压共轨柴油机喷雾特性SMD的研究

为更好地研究高压共轨柴油机喷雾特性,搭建了柴油喷雾特性激光测试试验系统,基于激光测试手段,利用平面激光粒径测试技术,对高压共轨柴油机喷雾微观特性—索特平均直径进行定量测量,分别考察不同喷孔直径、不同喷油压力下喷雾索特平均直径随时间的变化.研究表明,随着喷孔直径的增加,在1 600 μs内喷雾场中的平均索特平均直径增大;随着喷油压力的增加,在1 400 μs内喷雾场中的平均索特平均直径相对较小,分布也较均匀;喷雾场中粒径的分布趋于粒径较小的方向集中,因此喷雾场中索特平均直径的形态分布近似服从于概率分布中的非中心F分布,并根据其分布形态拟合出相应的非中心F分布函数.      

Study of droplet size and velocity of fuel containing CO2 spray by means of PDA

Injection of fuel containing CO2 has potential to reduce NOx and soot emissions in a diesel engine. This paper presents an experimental study on the spray characteristics of fuel containing CO2 as measured by phase doppler anemometry (PDA). Experiments were performed under atmospheric conditions on diesel hole-type nozzles at constant injection pressure. Effects of CO2 concentration in diesel fuel on the spray pattern, droplet size and velocity were measured. Experimental results show that fuel atomization will improve greatly when the concentration of dissolved CO2 in the fuel exceeds the critical value. The axial and radial velocity of the fuel spray containing CO2 is larger than that of conventional diesel fuel spray near the nozzle exit due to flash boiling phenomena. Downstream of the spray, the radial velocity and droplet size of fuel containing CO2 is much more uniform and smaller than that of pure diesel spray. It is attributed to the greatly enhanced liquid-gas mixing resulting from flash separation of CO2 from the liquid. New insight into the atomization of the fuel containing CO2 was obtained and a possible mechanism to explain the phenomena was proposed. The method may be developed into a new technique for controlling diesel combustion and exhaust emis-sions.     

旋转床内流体微观流动PIV研究

采用粒子图像成像技术（PIV）测定了旋转床空腔区内液滴尺寸和液体的流动速度,研究了填料厚度和转速对空腔区内液滴平均直径的影响,得到的液滴平均直径范围为0.15~0.9 mm。利用粒子图像成像技术观测了空腔区内流体流动情况,验证了旋转床内径处存在流动端效应区。对测量得到的速度进行了关联,得到了旋转床空腔区内液滴速度的关联式。最后通过引入切向相对速度差σ,得到了设计中所需最小填料径向厚度为10cm。     

基于光流法的粒子图像测速

以对粒子图像测速为目标,使用光流场针对数字图像建立整体光流模型,计算出粒子图像各像素点的速度场。对比不同粒子条件下的速度场从而获得符合光流法测试的粒子图像。采用了基于微分方程的Lucsa-kanade光流场计算方法,对流场显示进行定量化测速,实现对了流场的瞬态测量。光流法应用于粒子图像测速技术中,可用于速度场计算,也可用于修正原有的互相关算法得到的错误矢量。     

高压共轨燃油喷雾PIV测试方法及结果分析

为了更好地研究高压共轨燃油喷射系统的喷雾特性,设计了适用于PIV测量的喷雾测试系统,使用美国TSI公司的PIV设备对高压共轨燃油喷射系统在100 Mpa喷射压力下的油束进行了测试,获得了喷雾发展的图像,并使用该公司提供的图像处理软件Insight对试验图像进行了分析处理,初步分析得到喷雾场速度场图.