為了獲得韋伯數(shù)對緊耦合霧化噴嘴初始破碎模式的影響規(guī)律,利用流體體積函數(shù)（volume of fluid,VOF）模型對以水和空氣為工質(zhì)的典型緊耦合環(huán)縫型霧化噴嘴的初始破碎過程進行數(shù)值模擬,并利用高速攝影技術(shù)對數(shù)值模擬結(jié)果進行實驗驗證。重點分析韋伯數(shù)對緊耦合霧化初始破碎模式、初始破碎長度的影響,以及不同初始破碎模式的內(nèi)在形成機制和特點。在液體雷諾數(shù)為4 500,氣體動力韋伯數(shù)為70到18 650時,隨韋伯數(shù)的增加,緊耦合霧化初始破碎模式由韋伯數(shù)為70的膜狀破碎模式向韋伯數(shù)為330的振蕩卷吸破碎模式轉(zhuǎn)變,當韋伯數(shù)大于1 700時,緊耦合霧化的初始破碎模式轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆砦扑槟Ｊ?其中振蕩卷吸破碎模式和典型金屬霧化過程中的噴泉狀破碎模式類似。初始破碎長度隨韋伯數(shù)的增加逐漸減小,在韋伯數(shù)大于4 560后,基本維持恒定。噴嘴導液管底端存在的卷吸渦狀結(jié)構(gòu)會對初始破碎模式產(chǎn)生重要影響,渦狀結(jié)構(gòu)在完全卷吸破碎模式時最明顯。 

【文章來源】：科學技術(shù)與工程. 2020,20(17)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

典型緊耦合噴嘴模型

計算模型和邊界條件如圖2所示,由于計算重點針對導液管底端區(qū)域的初始破碎過程進行研究,對計算模型進行一定簡化,沒有考慮氣體在集氣腔內(nèi)和液體在導液管內(nèi)的流動。計算域具體結(jié)構(gòu)為靠近噴嘴出口的圓柱空間區(qū)域,高為60 mm,直徑為47.4 mm。計算域邊界條件設(shè)置:霧化氣體進口為質(zhì)量流量進口,液體進口為速度進口,外圓柱面和底面出口為壓力出口,其余邊界為絕熱壁面條件。利用ICEM軟件對計算模型進行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分,在噴嘴環(huán)縫和導液管底端位置等參數(shù)變化梯度較大的區(qū)域進行了重點加密,同時針對壁面附近進行了邊界層加密處理。以單相氣體流場中心線速度分布為對象,經(jīng)過網(wǎng)格無關(guān)解驗證,最后確定網(wǎng)格數(shù)量為54萬。根據(jù)Zeoli等[15-16]的研究,在商用CFD軟件FLUENT中采用VOF+LES(large eddy simulation)的方法對緊耦合霧化的初始破碎過程進行數(shù)值模擬,先進行只有霧化氣體作用時的單相穩(wěn)態(tài)計算,獲得穩(wěn)態(tài)霧化流場結(jié)果。以穩(wěn)態(tài)單相計算結(jié)果作為初場,加入液體進行瞬態(tài)兩相計算。

實驗臺原理如圖3所示。實驗臺由供氣路、供液路和測試系統(tǒng)組成。供氣路中霧化氣體為空氣,由壓氣機氣源提供,經(jīng)過除塵、除油和除水蒸氣處理后進入霧化噴嘴。供液路中霧化液體為水,儲存在恒溫水浴池中,通過直流無刷變頻調(diào)速水泵進入噴嘴導液管。空氣流量通過熱式流量計進行測量,液體流量通過渦輪流量計進行測量。初始破碎過程通過FastcamSA4高速攝像機進行拍攝,拍攝參數(shù)為30 000幀/s,同時利用70 W白光攝影燈作為背景光源,以獲得較優(yōu)的拍攝效果。4 研究參數(shù)及工況

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]粉末冶金技術(shù)在航空發(fā)動機中的應(yīng)用[J]. 曲選輝,張國慶,章林.  航空材料學報. 2014(01)
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碩士論文
[1]緊耦合氣霧化流場結(jié)構(gòu)和霧化機理研究[D]. 陳欣.中南大學 2007



本文編號：3138581