气液喷射器中不同粒径分布函数下液滴轨迹数值模拟

采用数值模拟的方法研究气液喷射器内液滴的运动轨迹,液相流场采用离散相模型。研究粒径和液滴速度对液滴运动轨迹的影响,探索了单一液滴和不同Rosin—Rammler分布函数下液滴的运动轨迹。结果表明,气相旋转气流并没有对液滴的轨迹造成太大的影响,液滴仍是以接近直线的形式向前运动;离散相液滴最终的速度主要取决于气相速度,与液滴粒径大小、粒径分布和初速度无关;液滴的运动轨迹随着Rosin—Rammler分布中均匀性系数的增加,液滴速度的增大和平均粒径的减小而发生改变,造成离散相液滴喷出趋向于集中和液滴相对远离壁面。     

撞击流内液滴碰撞的后续发展行为

为了探索撞击流内液滴碰撞后续发展行为,建立了正确反映液滴碰撞及后续发展的冷态理论模型.利用所建模型模拟了同轴对置气液两相撞击流中液滴碰撞导致的融合聚并或二次雾化过程,进而对2个喷嘴之间液滴的粒径分布进行了研究,分析了进口液滴粒径、速度、黏度以及液滴碰撞角度等对撞击流中液滴粒径分布的影响规律.结果表明:进口液滴粒径越小、黏度越大,液滴发生碰撞后聚合的概率越大;进口液滴速度较小时,液滴发生碰撞后全部聚合,继续增大进口液滴的速度,液滴碰撞后二次雾化的概率增大;在相同条件下,液滴发生斜碰时二次雾化的概率比发生正碰时要大.     

雾化喷涂过程中的液滴特性研究

研究高压静电雾化过程液滴特性,运用信息熵方法建立油液粒径分布模型,通过静电涂油雾化实验研究液滴粒径分布规律.结果发现,液滴粒径随电压变化而变化,静电电压升高,液滴粒径减小;电压不同,液滴粒径的分布状态不同,电压为65 kV时,液滴粒径较小且分布均匀.所得实验结果与理论模型吻合.     

柴油喷雾粒径空间分布特征理论与实验研究

为研究小型柴油燃烧器压力雾化喷嘴在喷雾外流场空间内的柴油喷雾粒径分布特征,采用激光粒度仪测量沿喷嘴出口轴向方向各截面处的液滴粒径分布。分别测试了不同配风量,不同喷油压力,不同喷雾锥角和油量条件下在 5 ~ 50 cm截面处的粒径分布,对其液滴平均索特尔直径进行分析,用分散指数表征液滴分布的均匀性。研究表明,喷雾粒径在空间的整体分布是在喷雾出口处区域最小,在浓雾区粒径最大但分布均匀。随风量和油压的减小,平均粒径增大,喷雾锥角对粒径影响不大,而油量对全局的空间分布影响较大。液滴在风量大的浓雾区分布均匀,但油压超过 1.2 MPa,初始破碎区的均匀度反而下降。初始破碎区的液滴粒径受液滴间相互作用影响,结合实验结果,引入液滴群整体作用系数B对理论推导的临界破碎粒径公式进行修正,平均误差5%。     

液-液雾化液滴的粒径分布特性

液-液雾化形成液滴的过程是一个动态的和随机的现象,所形成液滴的大小具有不确定性,但在大量的实验条件下,液滴粒径的大小又呈现统计规律性。为了研究不同流量工况下雾化液滴的粒径分布特性,采用数理统计方法作为一种研究手段进行统计分析。研究结果表明:不同的流量工况下,雾化液滴的粒径大小均呈现一定的分布形式,且随流量的增大,粒径分布的中位粒径、标准偏差的总体变化趋势是减小的;同时为了获得能够描述液滴粒径分布的经验表达函数,对3种常用的粒径分布函数Log-Normal分布、Rosin-Rammler分布、Nukiyama-Tanasawa分布,进行了Pearson χ2拟和优度检验,发现在整个实验流量范围内,Rosin-Rammler分布函数均能够比较准确地描述液滴的粒径分布。     

喷嘴结构对液体喷射破碎粒径影响的实验研究

为研究喷嘴结构对液体喷射破碎粒径的影响规律,通过阴影追踪法测得在不同喷嘴结构条件下液体喷射破碎液滴粒径分布。结果表明:喷嘴直径越大、收缩角度越平缓、破碎液滴索特平均直径(SMD)越大;喷嘴长径比增大会使得纯净水的液滴SMD增大;但对于甘油溶液,则会使得其液滴SMD减小;同时,喷嘴出口倒角会比无倒角时破碎液滴SMD增大,比较还发现45°倒角比倒圆角时破碎液滴SMD稍大。     

单液氮液滴在气流中的蒸发运动特性研究

为了研究低温风洞中液氮喷雾降温蒸发特性,从而从微观上把握整个喷雾过程,以经典蒸发模型为基础,建立了适用于高速气流下的单液滴蒸发模型,计算了高速气流下单个液氮液滴的蒸发过程,得到其蒸发过程中液滴直径、速度、蒸发速率等参数的变化规律,并比较了环境温度、环境压力、气流速度等不同因素对各参数的影响。结果表明:环境温度对液滴蒸发速率影响较大,在100~300K环境温度下,每升高100K,2m的距离内液滴相对蒸发量大约增加18%,而对液滴运动速度则基本没有影响;气流速度越大,对流换热越强,液滴等时间蒸发速率越大,但由于蒸发距离一定,高速气流情况下的实际蒸发量减少,在上述条件下,10~30m/s的速度范围内,相对蒸发量在5%~6%;大粒径液滴具有大的绝对蒸发量,而小粒径液滴的相对蒸发量则较大;随着环境压力的增大,蒸发速率会随之增加。     

MgO溶液混气式喷涂过程的数值模拟

基于欧拉多相流模型和颗粒动力学理论,对MgO溶液混气式喷涂气液两相耦合过程进行数值模拟,研究了辅助雾化压力和喷涂压力对气雾流场中MgO液相分布、液滴粒径分布及涂料沉积分布的影响。结果表明,在辅助雾化空气冲击作用下,涂料沿Z轴的扩散范围要大于沿X轴的扩散范围,并且同一喷涂压力下,辅助雾化压力越大,涂料雾化越充分;随着喷涂压力的增大,喷涂流场中MgO液滴粒径逐渐减小,但小粒径液滴在流场中易受气流影响发生逸散,成膜区大粒径液滴撞击壁面后会破碎成小液滴并附着在壁面形成涂膜;当喷涂压力从6 MPa增至12 MPa,涂层厚度减小39.7%,涂层有效覆盖面积增大26.9%,涂层沉积分布形态呈圆形→椭圆形→椭圆环形的变化趋势。     

航空发动机吸雨试验中进气道内水滴粒径变化

为了研究航空发动机吞水试验中,进气道内水滴粒径的变化,通过DPM模型数值仿真的方法,研究了吸雨模拟试验中发动机不同状态下进气道内水滴粒径的变化。计算结果展示了水滴进入进气道后粒径变化和液滴分布,结果表明：发动机不同状态下,不同初始粒径的水滴进入进气道后,液滴的平均体积直径和索太尔平均直径均急剧减小并维持在恒定值;发动机最大状态下,喷水装置以50°锥角喷射,水滴会随气流向进气道中心轴收敛,不同喷嘴喷出的水滴之间存在干涉;慢车状态下,进气道内水滴分布更加广泛,液滴直径值大于最大状态时,靠近进气道边缘的喷嘴会有一部分水滴打在唇口上,并飞溅至进气道外。     

信息熵在喷雾液滴尺寸分布计算中的应用

将信息熵理论应用于喷雾油束液滴尺寸分布的研究中，提出了在两个约束条件下的液滴尺寸分布函数式，该式不是依赖于特定试验条件的经验公式，与广泛应用的分布函数相比具有许多相似和不同之处，较好地反映了实测的液滴尺寸分布变化趋势。     

过冷大水滴粒径分布的欧拉-拉格朗日混合抽样算法及对冰型影响

过冷大水滴（supercooled large droplet,SLD）云雾环境不同于常规粒径范围的过冷水滴,具有更大的粒径范围和复杂的水滴粒径分布形式,使得结冰的冰型异常复杂,从而给飞行器的飞行安全带来了前所未有的挑战。现有结冰数值模拟方法仅能模拟单一粒径的水滴,无法准确模拟真实SLD云雾环境“双峰分布”的粒径分布特性和相应的冰型。为了准确高效模拟SLD这种粒径分布特性,本文提出了一种基于Rosin-Rammler 分布函数进行欧拉-拉格朗日混合抽样的水滴轨迹模拟算法。通过该方法收集水滴,再利用结冰模型与水膜模型计算表面溢流传热和冰高,从而实现了准确高效的SLD粒径分布的结冰数值模拟,并通过2.5维算例研究了SLD粒径分布对机翼结冰的冰型特征以及冰型空间随机性的影响。结果表明SLD的粒径分布对冰型有较大的影响,冰型特征和冰型随机性与MVD和粒径分布方差紧密关联。     

影响空心圆锥雾喷头雾滴粒径的多因素分析

雾滴粒径对农药在作物上的沉积分布性能及病虫害防治效果起决定性作用。采用HELOS/QUIXEL型号激光粒度仪,对新型空心圆锥雾喷头在不同喷芯直径、喷嘴直径、喷雾压力及喷雾距离下的雾滴粒径进行试验研究。应用方差分析及正交分析方法分析了各因素对雾滴粒径的影响; 通过回归分析建立了雾滴粒径与主要影响因素之间的回归模型。结果表明:该喷头雾滴粒径范围为70～120 μm,满足农作物病虫害防治要求; 喷嘴直径(D)、喷雾压力(P)、喷雾距离(H)对雾滴粒径具有显著性影响,影响效果由强到弱的顺序为喷嘴直径、喷雾距离、喷雾压力; 雾滴粒径(D₅₀)与主要影响因素间的回归模型为D50=78.53+0.000 29 H2+17.76 D2-0.077 HP,拟合程度较高。     

Simulation of jet-flow solid fraction during spray forming

A numerical model was developed to simulate the jet-flow solid fraction of W18Cr4V high-speed steel during spray forming. The whole model comprises two submodels:one is an individual droplet model, which describes the motion and thermal behaviors of individual droplets on the basis of Newton's laws of motion and the convection heat transfer mechanism; the other is a droplet distribution model, which is used to calculate the droplet size distribution. After being verified, the model was used to analyze the effects of parameters, including the initial gas velocity, deposition distance, superheat degree, and the ratio of gas-to-metal mass flow rates, on the jet-flow solid fraction. Finally, an equation to predict the jet-flow solid fraction directly and conveniently according to the parameters was presented. The values predicted by the equation show good agreement with those calculated by the numerical model.     

初始液滴尺寸分布对超高压喷雾大涡模拟的影响

分别在100、200 MPa常规喷油压力和300 MPa超高压喷油压力条件下,研究了不同初始液滴尺寸分布对柴油喷雾结构的预测性能.基于OpenFOAM开源平台比较了欧拉-拉格朗日喷雾仿真中常用于计算初始液滴尺寸分布的两种方法——Blob和Rosin-Rammler.结果表明:在300 MPa超高喷油压力下,Blob方法...     

不同雾化模式下静电雾化的雾滴特性

对毛细管-环电极配置下的静电雾化进行了试验研究,通过测试雾滴大小,探讨和分析了雾化操作参数对雾滴大小的影响及不同雾化模式下的雾滴直径分布规律．研究表明：充电电压对雾滴大小及直径分布有显著的影响,但在不同雾化模式下,雾滴的大小随电压的变化规律是不同的,雾滴直径分布在不同模式下也呈现不同的分布特点．文中还使用PDA系统对垂直雾化的滴径及滴速进行了在线测试,揭示了不同充电电压下的滴径一滴速特性．     

超临界反溶剂过程中液滴传质行为模拟研究

在超临界反溶剂(SAS)过程中,液滴的传质行为是影响微粒尺寸和尺寸分布的关键因素.建立了有机溶液液滴与超临界反溶剂之间的传质模型,用于模拟超临界反溶剂制备超细微粒的传质过程.根据所建的模型,在不同温度和压力下,对超临界CO2和丙酮液滴进行了传质模拟研究.研究结果表明,对于CO2-丙酮溶液系统,随着压力和温度的升高,液滴直径膨胀的比率增大,液滴寿命缩短,液滴中心密度最大值增大,液滴达到饱和需要的时间增长.由于液滴膨胀和寿命是影响微粒形态分布的主要因素,最大液滴直径越大,液滴的存在时间越短,则反溶剂过程越迅速;过饱和度越大,成核速率越大,系统的扰动程度越大,因而获得的微粒尺寸就越小而且尺寸分布越均匀.     

CeO2纳米燃油单液滴蒸发数值模拟研究

基于单液滴蒸发可视化试验,应用ANSYS FLUENT计算流体力学模拟软件,建立纳米燃油单液滴蒸发模型,探究纳米粒子质量浓度和粒径对燃油液滴蒸发过程中温度和燃油蒸气质量浓度的影响. 结果表明,纳米燃油液滴中的纳米粒子质量浓度越高、粒径越小,燃油液滴的蒸发平衡温度越高,相同时间内的燃油蒸气气相体积分数越高. 在环境温度573 K下,纳米燃油液滴从外界环境吸收热量使自身温度不断升高,在计算域内沿液滴表面向外延伸形成质量浓度边界层和温度边界层,促进液相向气相的转化.在蒸发初始阶段,蒸发速率较低,燃油蒸气气相体积分数较小;随着蒸发过程持续进行,由于纳米粒子增强传热传质的作用,液相组分蒸发汽化加快,液滴蒸发速率加快.     

柴油机喷雾两相流蒸发混合的数学模型研究

提出了预测直喷式柴油机燃油喷雾蒸发和混合过程的数学模型.基于紊流射流的积分方法,在计及喷雾平均油滴直径和油滴分布指数随蒸发过程而变化的情况下,通过气相射流子模型和油滴蒸发子模型的有机结合,使柴油机喷雾两相流的计算大为简化.与复杂的密集喷雾模型相比,本模型的计算工作量很小,而两者的计算结果却符合较好.