环状液膜进入可压缩气体环境线性稳定性分析

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1、分类号:TK0510710-2015222013专业硕士学位论文环状液膜进入可压缩气体环境线性稳定性分析肖利民导师姓名职称李跟宝副教授申请学位类别硕士专业学位类别工程硕士及领域名称动力工程论文提交日期2018年4月19日论文答辩日期2018年5月19日学位授予单位长安大学LinearstabilityanalysisofanAnnularLiquidSheetIssuedintoCompressibleGasStreamsAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：Xia

2、oLiminSupervisor：AssociatedProf.LiGenbaoChang’anUniversity,Xi’an,China摘要本文运用线性稳定性理论来对粘性环状液膜进入可压缩气体环境失稳碎裂过程的理论研究。以气液相纳维-斯托克斯方程（N-S方程）为基础，经过量纲一化和线性化，分别得到液相控制微分方程与气相控制微分方程，利用修正贝塞尔方程的特性，分别解出液相与气相微分方程的解，进而通过线性化的运动学与动力学边界条件将气相与液相微分方程的解联合起来，推导获得环状液膜进入可压缩气体环境碎裂过程的色散关系式。

3、根据推导的色散关系式可知，影响环状液膜碎裂的流动参数主要有气液速度比U、j气液密度比、液流韦伯数We、液流雷诺数Re、气流马赫数Ma等。为研究不同jllgj流动参数对表面波增长率的影响情况，对色散关系式进行编程及数值计算，得出了r各流动参数对环状液膜碎裂的影响关系。根据所编写的数值计算程序对环状液膜碎裂过程进行了线性稳定性分析，得到如下结论：1、低液流韦伯数We条件下，主导环状液膜碎裂的波形为近反对称波形，但随着l液流韦伯数We的增大，近反对称波形与近正对称波形影响情况逐渐相同；l2、随着气液速度比U的增大，表面波

4、增长率呈现先减小后增大的现象，可以jr发现决定液膜碎裂的重要因素之一为气液速度差Uj的大小；3、为了达到更好的雾化效果，当气流速度小于液流速度的两倍时，将气流作用于液膜外环获得的碎裂效果大于内环，而当气流速度大于液流速度的两倍时，将气流作用于液膜内环获得的效果大于外环；4、在气液速度比U较小时，影响液膜碎裂的因素是内外环气流扰动的叠加作用，j但当气液速度比U较大时，影响液膜碎裂的因素是内环与外环单侧气流扰动较大的一j侧气流的作用，与气流扰动作用较小的一侧无关；5、对于空气助力喷嘴而言，当气流速度小于液流速度U的两倍

5、时，不通气达到的l雾化效果最好，而当气流速度U大于液流速度U的两倍时，通气速度越高，液膜雾化gl效果越好；6、当内外环无气动力作用时，液流韦伯数We增加对液膜有稳定作用，lI气液密度比增加对液膜的碎裂有抑制作用，而当内外环有气动力作用时，在小j液流韦伯数We下，液流韦伯数We增加对液膜起稳定作用，而在大液流韦伯数We下，lll液流韦伯数We增加会促进液膜发生碎裂，并且气液密度比在有气动力作用时增加lj对液膜的碎裂反而有促进的作用；7、液流雷诺数Re增加对液膜的碎裂有抑制作用，气流马赫数Ma增加对液膜的lgj碎裂有促

6、进作用；8、气流速度越高，可压缩模型曲线与不可压缩模型曲线差距越大，说明了本文研究环状液膜碎裂过程可压缩模型的重要性；9、在液膜厚度相等时，喷嘴外径增大对液膜碎裂有抑制的作用，在喷嘴外径相等时，液膜厚度增大对液膜碎裂有促进的作用。关键词：喷雾；环状液膜；线性稳定性理论；可压缩气流；色散关系式IIAbstractInthispaper,thetheoryoflinearstabilityisusedtostudythebreakupprocessofanannularliquidsheetenteringcompress

7、iblegasenvironment.Basedonthegas-liquidNavier-Stokesequation(N-Sequation),weobtainthedifferentialequationoftheliquidphaseandthegasphasebydimensionalizationandlinearization,andthesolutionoftheliquidphaseandthegasphasedifferentialequationisfoundbyusingthepropertie

8、softhemodifiedBesselequation.Toderivethedispersionrelationoftheannularliquidsheetintocompressiblegasstream,thelinearizedkinematicsanddynamicboundaryconditionsareusedt