加热条件下液体射流破碎机理的.研究

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1、第一章绪论第一章绪论R内容提要刀本章回顾了动态液膜的雾化机理研究的历史及现状以及圆柱射流雾化机理的研究方法及现状，阐述了本课题的意义及主要工作。'1.1引言内燃机发展至今，已经有一百余年的历史了。百余年来，内燃机凭借其热效率高、热负荷小、结构紧凑等优点而在车辆、船舶、工程机械等广阔的应用范围内取得了优势地位。在可以预见的将来，内燃机仍将是中、小功率范围内最主要的原动机。然而，虽然内燃机是到目前为止热效率最高的热力发动机，它所发出的功率占全世界所有动力装置总功率的90'%，但同时它又是环境污染的最大源泉。据最新

2、的研究表明，汽车的排放物是一种十分复杂的混合物，其中的成分达140多种。这些排放物严重危害人类的健康和自然界的生态平衡，已构成严重的社会公害口因此，世界各国都已制定了符合木国国情的内燃机排放法规，并一且日趋严格。世界范围内排放法规的日益严格和市场竞争的日趋激烈对内燃机的性能要求越来越高，l千成为内燃机发展的主要推动力量。反映内燃机性能的关键指标如动力性、经济性、排放以及噪声等卞要取决于内燃机的燃烧过程。因此，燃烧过程仍是当今内燃机研究的主要课题之一，实现内燃机的高效率、低污染的可控燃烧一直是内燃机工作者孜孜以

3、求的目标。而实现这一目标的基础就是刘内燃机基木燃烧过程详尽而深入的认识。对于柴油机以及直喷式分层燃烧汽油机等在燃烧室内组织可燃混合气的内燃机来说，它们的燃烧过程属于喷雾燃烧，其燃烧由喷雾特性、燃烧室形状和空气流动所支配，其中雾化特性对燃烧的影响最为强烈。可以说，燃油啧射过程是影响混合气形成的决定因素，燃油喷雾质量的优劣直接影响到内燃机的燃烧性能。由:J-世界范围内的石油紧缺和柴油作为车用发动机比汽油机节油30-404柴油d9L直喷化和汽车柴油机化的浪潮正以不可阻挡的气势席卷全世界此外，从汽油机的角度来看，近年

4、来逐步为人们所认知的直喷式汽油机(GU工)与传统的化油器式及气道喷射式汽油机相比，在许多方面都具有不可比拟的优越性，许多著名的汽车厂家已将其作为解决当今能源、环境问题的重要课题，并已逐加热条41iF液体射流破碎机理的研究·大津大学硕十论文步应用于轿车中。为此，研究燃油喷射雾化机理和特性具有深刻的现实意义和重大的理沦意义内燃机的喷雾具有如此重要的意义，但由于喷雾是一个瞬态不稳定气液两相流过程.其中包含着极为复杂的动量、能量的交换及传热、传质的过程。迄今为走，1妇于对燃A*.雾发展过程机理的认识还极为有限，远不能

5、适应内燃机燃烧理沦研究和实际发动机VX计的需要。因此，燃油喷射雾化机理研究将是目前和今后相当长一段时间内内燃机研究领域中最为紧迫的前沿课题之一互1.2液膜的雾化机理研究的历史与现状1.2.，平面液膜的扰动形式平面液膜射流的表面扰动波有两种形式:对称波(symmetricwaveorvaricosewave)和反对称波(antisymmetricwaveorsinuouswave)。当两个界面发生相位相同的变形时形成反对称型扰动，当两个界面的变形在相位上相差180度时则形成了对称型扰动。无干扰的液膜的形成如图1

6、-1所示，，图1-2描述了两种扰动形式。sinuousu,)一卜varicose图1-1未受扰动的液膜图卜2液膜的两种扰动形式1.2.2液膜的雾化机理研究的历史与现状液体燃料射流的破碎机理，是一个具有重要理论价值和实际意义的研究课题。而液膜射流破碎的研究在其中占有重要地位。TR多液体射流的破碎问题，例如由旋流喷嘴所形成的空心锥喷雾的破碎最终都可以归结为液膜射流的破碎问题。1.2.2.1常温下液膜的雾化机理研究的历史与现状最早提出液膜的稳定性问题的是Reyleighhl，在其著名的学术论著(Theory。fs二

7、。d))i_ri对平面液膜的表面波发展给出了解释。但他的理论只考虑了单而液膜。第一章绪论定性的定量和定性的信息还是很困难的。原因是液体蒸发稳定性问题是极其复杂的，蒸发表面的稳定性强烈地依赖于蒸发质量流量(即蒸发率、和表面温度。而这些9},'.的直接测量又是如此的困难。因此，关于射流在加热条件下一的不稳定问题今后还有许多工作要做。互1.4本课题的主要工作及意义综_日听述，液体射流破碎与雾化机理的研究，无论在流体力学领域还是在工程应用领域，都是具有重要意义的。木文是在U家自然科学基金项目“受激液体射流破碎机理及其

8、控制方法”的资助下，在前人研究工作的基础上，着重于加热条件下(忽略蒸发的影响)粘性液体射流分裂与雾化机理的理论与实验研究。具体完成了以下几方面的工作:I,概括介绍并总结前人关于射流稳定性及其分裂雾化机理的研究成果和国内外研究现状。2、考察加热条件下粘性液膜射流自由表面小扰动的发展，建立控制力程、边界条件并得到色散方程，根据其求解和计算结果，分析了各种无量纲参数和实际射流参数对特征频率和最大扰动增长率