二路三路气流式雾化喷嘴数值模拟与参数优化

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1、硕士学位论文二路三路气流式雾化喷嘴数值模拟与参数优化NUMERICALSIMULATIONANDOPTIMIZATIONOFTWOCHANNELANDTHREECHANNELAIRBLASTATOMIZATIONNOZZLE董哲哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TK124学校代码：10213国际图书分类号：536.4密级：公开硕士学位论文二路三路气流式雾化喷嘴数值模拟与参数优化硕士研究生：董哲导师：周裕教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK1

2、24U.D.C.:536.4DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONANDOPTIMIZATIONOFTWOCHANNELANDTHREECHANNELAIRBLASTATOMIZATIONNOZZLECandidate：DongZheSupervisor：Prof.ZhouYuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduat

3、eSchoolDateofDefence：December,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要雾化喷嘴是航空发动机中的关键设备，雾化性能的好坏直接影响航空发动机飞行动力的输出。本研究喷嘴的工作机理是将乙醇燃料雾化，使乙醇雾滴与空气充分接触，得到合适的油雾密度让燃烧最充分，提高燃油效率。用数值模拟的方法仿真喷雾场，得到雾化锥角、液滴粒径离散数量分布、雾化粒子尺寸分布、压力速度分布等结果，能够为燃烧器喷嘴的改进设计提供重要依据。针对乙醇雾化喷嘴的三维结构特征建立几何模型，初步

4、确定乙醇和空气流的单相仿真模型。利用根据喷嘴内流场模拟结果建立的气液雾化的Wave破碎模型和欧拉-拉格朗日气液两相流模型模拟喷嘴外雾化场。对雾化锥角、粒子平均直径SMD(SauterMeanDiameter)、雾化均匀度等喷雾指标进行综合分析，对喷嘴各结构参数实行优化，获得二路喷嘴五个最优结构参数(L1=55mm，L=20mm，n=4，d1=10mm，θ=0)及三路喷嘴七个最优结构参数(L=20mm，L1=65mm，D=16mm，d1=8mm，n=5，θ=15，D1=30mm)。研究发现对二路喷嘴：混合段长度L、气流入射角θ、空气喷嘴直径d1对雾化效果影响较大，其中

5、混合段长度L对喷嘴出口速度影响不大，但对喷嘴内部流场状态影响很大(流场更均匀)，气流入射角θ、空气入射口直径d1对喷嘴出口气流速度影响较大，空气喷嘴数n和气体流动管道长度L1对雾化效果影响相对较小。对三路喷嘴：混合段长度L、内侧空气流动管道直径D对雾化效果影响较大，其余参数对雾化影响相对较小，其中混合段长度L对喷嘴内部流场影响很大，内侧空气流动管道直径D对喷嘴出口气流速度影响很大。对比二路、三路喷嘴的雾化特性分析：混合段长度对雾化效果影响最大，气流沿轴向速度大小对雾化效果影响次之；三路喷嘴比二路喷嘴多了个二次环形射流对一次粒子流进行二次细化，故雾化性能更加稳定。然后

6、利用最优化的喷嘴结构研究了各喷射参数对射流破碎混合效果的影响。研究表明当气液质量比ALR增大或提高入射流(空气)喷射压力，空气流对乙醇液滴的冲击扰动会大幅增强使雾化效果明显提升(粒子SMD大幅减小)；当单独增大环境压力或固定环境压力与喷射压力差p不变的基础上增大环境压力，都会削弱这种作用使雾化效果变差(粒子SMD快速变大)；同时，一旦喷嘴的几何形状固定，喷射参数的变化对雾化锥角的影响将会很小。喷雾场中乙醇颗粒直径分布一般是沿射流喷射方向逐渐减小并产生波动，靠近射流中心的粒子直径较大，射流边缘粒子由于受到的作用较强故直径较小。关键字：航空发动机；雾化喷嘴；数值模拟；

7、结构优化；索特平均直径-I-AbstractAbstractAtomizingnozzlesarekeyequipmentinaeroengine.Atomizationperformancedirectlyaffectstheflightpoweroutputofaircraftengines.Inthisstudy,theworkingmechanismofthenozzleisatomizedtheethanolfuelandmakeethanoldropletfullycontactwithair.Gettingsuitableoilmistdensit