幂律流体旋流射流近场区域破碎特性的试验研究

《幂律流体旋流射流近场区域破碎特性的试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学硕士学位论文幂律流体旋流射流近场区域破碎特性的试验研究ExperimentalStudyontheNearFieldJetCharacteristicsofPowerLawLiquidinSwirlInjectors学科专业：动力机械及工程研究生：郑勒指导教师：杜青研究员天津大学机械工程学院2017年12月摘要射流破碎现象广泛存在于日常生活与工业工程中，对其射流雾化机理的研究是一个具有重要理论与应用价值的传统课题。近年来，结构和工艺相对简单的旋流喷嘴，因其液膜破碎效果好的特性，被广泛应用于工程机械及火箭发动机的燃烧系统中。同时，研究者们已对牛顿流体

2、的射流破碎过程进行了广泛而深入的研究，而对于幂律型非牛顿流体，由于其本构方程的复杂性，对其近场区域射流雾化性能的研究相对较少，且缺乏完善的理论支持。对幂律流体旋流射流近场区域破碎现象及机理开展试验研究，无论在理论研究还是在工程应用领域都具有非常重要的意义。本文根据试验需要，配制了凝胶型幂律流体作为测试液体，通过自行搭建的光学实验台架，使用高速摄像技术获得了旋流射流近场区域的喷雾形貌，探究了不同参数对其射流发展过程的影响；使用X射线成像技术获得了射流近场区域流体的质量分布信息，提取了液核破碎长度与喷雾锥角等特征参数，细致研究了射流参数、喷嘴结构参数与流体物性

3、参数对于幂律流体旋流射流近场区域特征参数及质量分布的影响规律。试验结果表明，随着喷射压力的增大，幂律流体旋流射流近场区域拥有五种不同的破碎模式：圆柱射流模式，扭转液膜模式，开口旋流模式，完整旋流模式以及充分发展模式；不同的实验参数将影响破碎模式的产生与发展，特殊试验工况下一些模式将不会出现；旋流射流的破碎过程较为复杂，将会依次出现液滴、液柱、平面液膜、锥形液膜等不同特征；喷射压力的增大对旋流射流破碎起到促进的作用；切向孔直径、喷孔长径比与幂律流体粘度的增大则均不利于旋流射流破碎；减小喷孔直径对旋流射流破碎起到促进作用，但过小的喷孔直径则难以形成旋流液膜，不

4、利于射流破碎。对于旋流射流的液体核心区域，喷射压力的增大以及切向孔直径、喷孔长径比、幂律流体质量分数的减小均会使得液核破碎长度减小，喷雾锥角增大；液核破碎长度随喷孔直径与旋流室直径的变化规律呈正反两方面作用；但喷孔直径的增大与旋流室直径的减小都将使得喷雾锥角增大；流体径向质量分布图像沿中心轴线对称，发展过程中共出现三个峰值；在射流中心区域，流体质量随着喷射压力的增大而减小；而在液膜边缘区域，流体质量分数则随着喷射压力的减小而变小；流体质量分数在轴向方向上呈下降趋势，且随着喷射压力的增大而减小；喷嘴结构参数对于射流质量分数的影响较为复杂；对于已进入充分发展模

5、式的旋流射流，喷孔直径越大，流体质量分数越小；旋流射流液膜外I部，流体质量分数随着切向孔直径的增大而减小；对于不同粘度的流体，粘度越大，近场区域质量分数越大，且浓度越大，流体在径向上的质量分布对称性越明显。关键词：幂律流体，旋流射流，近场区域，液核破碎长度，质量分布IABSTRACTThephenomenonofliquidjetsbreakupexistsindailylifeandindustrialengineeringwidely.Theresearchonthemechanismofjetatomizationisatraditionalsubj

6、ectwithimportanttheoreticalandpracticalvalue.Becauseofthebetteratomizationperformance,theswirlinjectorsarewidelyusedinengineeringmachineryandrocketenginecombustionsysteminrecentyears.ResearchershaveconductedextensiveresearchonthejetbreakupprocessofNewtonianfluid.Duetothecomplexity

7、oftheconstitutiveequationofpowerlawnon-Newtonianfluid,therearefewresearchesonthenearfieldbreakupcharacteristicsandlackofdetailedtheoreticalsupport.Theexperimentalresearchonthecharacteristicsofpowerlawfluidjetbreakupatthenearfieldisofgreatsignificancebothintheoryandengineeringappli

8、cations.Inthispaper,thegel-typepo