超空化条件下液体射流热稳定性研究

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1、第棾棻卷第棿期计算力学学报斨旓旍棶棾棻棳斘旓棶棿棽棸棻棿年椄月斆旇旈旑斿旙斿斒旓旛旘旑斸旍旓旀斆旓旐旔旛旚斸旚旈旓旑斸旍斖斿斻旇斸旑旈斻旙斄旛旂旛旙旚棽棸棻棿棽棸棻棾棸棾棻棽棸棸棿吕明文章编号椇棻棸棸椃灢棿椃棸椄棬棽棸棻棿棭棸棿灢棸椀棸椂灢棸椀超空化条件下液体射流热稳定性研究吕明棳宁智灣棳阎凯棳付娟棳孙春华棬北京交通大学机电工程学院棳北京棻棸棸棸棿棿棭摘要椇基于线性稳定性理论棳建立了描述超空化条件下液体射流热稳定性的数学模型棳并对数学模型及其求解方法进行了验证椈在此基础上棳对超空化条件下液体射流与周围气体间的温差对射流稳定性的影响进行了研究暎研究结果表明棳液体射流与周围气体间存在温差时棳射流

2、稳定性变差棳扰动波波数范围拓宽棳且拓宽的程度随温差的增加有明显加大的趋势椈温度扰动对射流稳定性的影响与扰动模式关系不大椈温度扰动会在一定程度上削弱超空化对射流稳定性的作用棳并有可能完全抑制超空化对扰动波最大波数的作用棳只有当超空化达到一定程度后棳才能克服温度扰动的抑制作用棳使扰动波最大波数变大暎关键词椇液体射流椈热稳定性椈温度扰动椈超空化中图分类号椇斚棾椀椄文献标志码椇斄斾旓旈椇棻棸棶椃椀棻棻棷旉旙旍旞棽棸棻棿棸棿棸棻椀时往往伴随着缸内气流的旋转运动棳而以往在对柴棻引言油机燃油射流稳定性理论模型研究时棳均回避了流液体射流是自然界和工程中普遍存在的一种动的可压缩性与旋转对射流稳定性的耦合作用暎

3、椲棻棳棽椵本文将在同时考虑燃油射流与周围气体可压现象棳研究其稳定性具有重要意义和价值暎柴油机中的燃油射流分裂与雾化问题棳实际上就是液缩性以及气体同轴旋转的前提下棳对超空化条件下体射流稳定性问题暎液体射流的热稳定性进行研究暎建立描述超空化燃油喷射中的超空化是指空化气泡随燃油一条件下液体射流热稳定性的数学模型棳并给出相应起从喷孔喷出的现象椲棾椵暎随着柴油机喷油压力的的求解方法椈在此基础上棳对液体射流与周围气体之间的温差对三维柱面液体射流空间稳定性的影不断提高棳喷油时的超空化现象已变得非常突出椈响进行了分析和讨论暎超空化时棳空化气泡随燃油一起从喷嘴喷出棳使得燃油射流成为气液两相流动棳对燃油射流的分

4、裂雾棽超空化时射流热稳定性色散方程椲棿灢棻棸椵化产生重要的影响暎假设温度为棬中心温度为棳且始终保持目前棳基于线性稳定性理论的液体射流稳定性棻棻椲棻棻灢棻椀椵不变棭暍含有空化气泡的圆柱形液体射流射入到同研究已取得了许多重要研究成果暎然而棳这些轴旋转暍可压缩暍无粘性且温度为的气体中暎假研究成果往往都是在常温且忽略温度扰动的前提棽设射流半径为棳射流速度为棳气体旋转强度为下得到的暎由于问题的复杂性棳一些针对射流热稳棸暎将柱坐标系棬棳棳棭建立在喷孔出口处棳射流棸定性的研究都是在比较简化的条件下进行的棳如假方向与轴相反棳如图棻所示暎设温度扰动只是轴对称的形式或将射流假设为平假定液体射流表面温度与周围气体

5、温度相同棳椲棻椂棳棻椃椵面分层流动等椈对于超空化条件下的液体射射流内部温度为线性分布棳空泡与射流之间无滑移流热稳定性研究还未见报道暎另外棳一般来说燃油射流及周围气体都是可压缩的棳且柴油机燃油喷射收稿日期椇棽棸棻棾灢棸棾灢棻棽椈修改稿收到日期椇棽棸棻棾灢棸棿灢棻椀灡基金项目椇国家自然科学基金棬椀棻棽椃椂棸棻棻棭椈北京市自然科学基金棬棾棻棾棽棸棻椂棭椈国家高技术研究发展计划课题棬棽棸棻棾斄斄棸椂椀棾棸棾棭椈中央高校基本科研业务费专项资金棬斖棻棽斒斅棸棸棸椆棸棭资助项目棶作者简介椇吕明棬棻椆椄椃灢棭棳男棳博士生椈宁智灣棬棻椆椂棽灢棭棳男棳教授棳博士生导师图棻液体射流示意图棬斉灢旐斸旈旍椇旡旇旈旑旈

6、旑旂椑斺旉旚旛棶斿斾旛棶斻旑棭棶斊旈旂棶棻斢斻旇斿旐斸旚旈斻旓旀旍旈旕旛旈斾旉斿旚第棿期吕明棳等椇超空化条件下液体射流热稳定性研究椀棸椃且气泡之间无相互作用棳空泡与液体组成的混合相棽椲棻棸椵棿棽椊棸棳棿棾椊棴棿棬棿棭棳棿棿椊棾棬棾棭为连续介质暎棻在上述假定条件下棳对含空泡液体射流及周围式中为波动频率棳椊棲旈棳为方向波数棳气体满足的连续性方程暍动量方程棬斉旛旍斿旘方程棭和为扰动增长率棳为角向模数棳下标棻和棽分别能量守恒方程棬忽略压缩功暍辐射热等项棭进行线性表示液体射流和周围气体参数棳椊棬棽棴棻棭棷棽棳化扰动分析棳结合液体射流与周围气体分界面上需为无量纲气液温差棳椊棷棬棭棳椊棷棳椊棸棸棽棻棻满足

7、的边界条件棳包括运动学边界条件和动力学边棲棬棻棴棭棳为射流密度棳和分别为空泡密棻界条件以及温度连续性条件和热流密度连续性条度和液体密度棳为空泡体积分数暎件棳最终可以得到齐次线性代数方程组椇棻椊棸棷棻椊棸棬棻棭棻棷棽斣棸式中椊椲棳棳棳椵棳是一个包含棳棳棻棻棻棻椀棽棿棽棾棻棻椊楙椲椵椲棲棬棻棴棭椵楜棸棬棻棴棭棲棸棻及其他射流参数的棿暳棿矩阵暎棻为射流中声速棳和分别为气体绝热指数和棻棸棸撿棻棻棻棽棻棾棻棿擆梹梹椲棻