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。     

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.     

液体中的受激热瑞利散射实验研究

液体中的受激热瑞利散射首先由R.M.Herman等人提出,D.H.Rank报道了第一个STRS(受激热瑞利散射)实验.由于在吸收性介质之中STRS具有高的增益、低的阈值以及散射辐射与入射激光频率几乎相同,使得STRS的研究近年来重新受到重视.本文报道了对CCl_4 I_2等吸收性液体介质的STRS实验研究,观察了吸收系数对非线性散射过程的影响,测量了STRS频移、线宽、能量转换率,分析了STRS过程的脉宽压缩特性.     

RLPG高压射流初始段测试及分析

再生式液体发射药火炮（ＲＬＰＧ）中,液体药在喷口处的流动特性影响到液体的雾化和燃烧,是控制ＲＬＰＧ内弹道过程的关键因素之一。该文针对园柱形轴对称射流建立了自由湍流射流模型,得到了射流的流速分布规律,利用该模型分析了射流的初始扩张角和完整射流核长度,并与实验结果进行了比较。     

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.     

喷嘴内螺纹结构对射流破裂长度的影响

使用高速相机研究了喷嘴螺纹结构对液体射流破裂长度的影响.采用5种不同直径(4.00、4.80、7.50、8.75、10.80 mm)的喷嘴进行实验,螺纹深度范围0.40～1.25 mm,液体射流雷诺数范围500～22600.实验结果表明:当雷诺数小于1600时,液体射流破裂长度随着雷诺数的增加而增加,喷嘴螺纹结构对液体...     

整装式液体中高速燃气射流扩展与掺混过程实验研究

为探索提高整装式液体发射药燃烧稳定性的控制方法,该文设计了圆柱形与多级渐扩型圆柱观察室,采用高速录像系统,进行了高速燃气射流在液体模拟工质中扩展与湍流掺混过程的实验研究。实验结果表明:多级渐扩型燃烧室结构可增强射流的径向扩展,降低射流扩展过程的随机性,有效改善气液混合特性;射流扩展过程与观察室的渐扩尺寸及射流强度有关,通过参数的合理匹配,可以在一定程度上实现对射流膨胀过程的控制,从而提高燃烧过程的稳定性。     

在线式PIV系统应用于旋流映流的研究

开发了一套在线式粒子图像测速系统（PIV）,并用水杯中水涡流实验验证了系统的可靠性。利用该系统研究了旋流喷嘴射流的液滴运动速度,在线得到喷雾流场的双脉冲曝光数字化图像,即时用系统软件的图像分析模块进行分析,得到旋流喷雾场的两维速度分布,但在喷嘴近区域内得到不合理的速度结果,原因是该区域内液体未雾化成液滴,滴滴速度都小于理论喷射速度,且沿喷射方向呈减小趋势,表明液体在破碎成液滴后速度一直衰减,旋流喷嘴射流轴线中心区域速度有一极小值,在叶雾锥边界附近有一速度极大值。     

针板电极作用下液体界面不稳定性分析

以去离子水为离散相液体,生物柴油为连续相液体,根据界面应力平衡,建立了针板电极作用下离散相液体的色散方程,分析了支配离散相液体变形破碎的界面波特性.采用显微高速摄像技术,对荷电去离子水在生物柴油中的界面形态变化进行了可视化研究,将去离子水在生物柴油中的破碎模式分为滴状模式、摆动滴状模式及锥-摆动射流模式.试验观察了不同模式中的界面波特征,结果表明:滴状模式下仅有轴对称界面波存在;在摆动滴状模式、锥-摆动射流模式中,轴对称界面波与非轴对称界面波共存;随着荷电电压的增大,轴对称界面波与非轴对称界面波的最优波数均增加;轴对称界面波的最优波数大于非轴对称界面波,但其增长倍率小于非轴对称界面波.     

带电射流非稳态破碎的可视化试验

采用高速数码相机对毛细管带电射流破碎形态的演化过程进行了可视化研究,探讨了大流量下带电射流破碎的基本形态及射流不稳定破碎模式的转变,分析了物性参数、电压及液体流量对带电射流破碎模式的影响.采用半球形毛细管喷嘴研究锥射流模式向简单射流模式演化的过程,采用普通毛细管喷嘴对比研究去离子水和乙醇的静电简单射流雾化模式.结果表明：在特定电压下,随着流量增加,锥射流模式可以逐渐过渡为简单射流模式;当初始状态为射流时,随着电压增加,大流量下的去离子水静电雾化射流破碎模式主要为曲张不稳定破碎和鞭动不稳定破碎;表面张力较小的无水乙醇更容易产生破碎,还出现了鞭动辅助分叉模式和枝状破碎模式.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.