傾斜射流撞壁在液體火箭發(fā)動機(jī)液膜冷卻、射流撞壁霧化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。為了研究傾斜射流撞擊壁面后形成的液膜的關(guān)鍵特征,開展單股圓柱射流撞擊壁面的實驗研究。從實驗中研究各射流參數(shù)對液膜外形的影響規(guī)律,繼而開展理論建模,獲取液膜外形的關(guān)鍵幾何參數(shù)表達(dá)式。實驗研究發(fā)現(xiàn)隨著射流傾角增大,液膜長度減小而寬度增大,隨著射流孔徑和射流速度增大液膜長度和寬度均增大這一定性規(guī)律。理論分析得到了液膜最大寬度位置與液膜對稱面的夾角近似等于射流傾角α,液膜的長寬比近似等于1+cotα。通過進(jìn)一步分析得到液膜寬度、最大寬度距撞擊點的距離、液膜長度這幾個液膜關(guān)鍵參數(shù)的表達(dá)式。建立的液膜幾何參數(shù)表達(dá)式預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果的誤差均在20%以內(nèi)。 

【文章來源】：航空學(xué)報. 2020,41(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

實驗裝置

壁面采用透明的樹脂平板，經(jīng)測定，水在實驗中所采用樹脂平板上的平衡接觸角為73°。實驗加工了8只噴嘴，噴嘴截面如圖2所示，dj為射流孔徑，Lh為射流孔長度，α為射流傾角。8只噴嘴的射流孔徑從0.3～1.0 mm變化，長徑比Lh/dj均為10，并在射流孔入口處加工了45°倒角，噴頭材質(zhì)為不銹鋼，實驗中的噴嘴安裝于噴桿之中，噴桿可以沿著角度調(diào)節(jié)盤轉(zhuǎn)動，從而控制射流傾角，實驗中，噴嘴與豎直平板夾角的誤差不超過1°。噴桿雖然可以通過前后伸縮控制射流出口距壁面的距離，但是受限于噴嘴及其附屬結(jié)構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)尺寸，噴嘴出口實際上與壁面是有一定距離的，并且在實驗過程中，噴嘴結(jié)構(gòu)不能緊貼壁面，與壁面之間需留有空隙。另一方面，在實驗中需要盡量縮短射流出口與壁面之間的距離。在綜合考慮之下，在實驗中保持噴嘴出口與壁面之間的距離為10 mm。即在圖2中，射流中心O1與豎直平板的距離為10mm。在實驗中，射流孔徑、射流傾角、射流速度這3個因素可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中射流速度是根據(jù)流量及孔徑計算得到的。針對軌姿控發(fā)動機(jī)內(nèi)的液膜形成方式，開展射流撞壁的實驗研究，以水作為實驗液體，采用的射流孔直徑變化從0.3～1.0mm，射流傾角變化從10°～40°，射流速度變化范圍從5～20m/s。通過高速攝影拍攝，獲得了100多組有效工況下的液膜鋪展圖像。實驗中不同工況對應(yīng)的各參數(shù)取值如表1所示。

同時可以定性觀察到液膜形態(tài)隨著射流條件變化的趨勢。圖4為孔徑為0.4 mm、射流速度15m/s時，不同射流傾角對應(yīng)的液膜形態(tài)�？梢钥闯�，隨著射流傾角增大，液膜長度減小，寬度增大。圖5是射流傾角為20°、射流速度15m/s時，不同射流孔徑對應(yīng)的液膜形態(tài)�？梢钥闯�，隨著孔徑增大，液膜長度和寬度均增大。圖6為孔徑為0.4mm、射流傾角為20°時，不同射流速度對應(yīng)的液膜形態(tài)�？梢钥闯�，隨著射流速度增大，液膜長度和寬度也均增大。圖4 射流傾角對液膜形態(tài)的影響

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號：3528982