射流撞击雾化液滴运动过程与粒径分布特性的试验研究

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1、第41卷第1期2015年2月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．41．№．1Feb．2015射流撞击雾化液滴运动过程与粒径分布特性的试验研究费俊，孙瑶，杨伟东，付幼明，王勇(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：在大气环境下，以水为介质，采用PDPA和高速动态分析系统，针对直流撞击式喷注单元的雾场结构进行试验研究，获得了雾化液滴速度分布、粒径分布等试验参数。从液滴运动及液滴大小分布的角度针对撞击雾化液膜破碎成液滴的过程进行了分析，发现水平面上雾化液滴的径向速度以原点为中心对称，且随离原点距离增大而增大；初始雾化阶段的粒

2、径大小分布则与径向速度分布相反。分析认为是液膜运动过程赋予了雾化液滴的初始速度，并影响了初始雾化液滴的分布特性。关键词：直流撞击喷注单元；雾化液滴；液膜；速度分布中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2015101—0010—05ExperimentalanalysisonmoVementandsizedistributionofatomizeddropletsf}omimpinging1iquidiet土工、一’-，l-，FEIJun，SUNFan，YANGWei—dong，FUYou-ming，WANGYong(Xi’an

3、AerospacePropulsionIIlstitute，Xi’an710100，China)Ab蛐mct：TheexperimentalstudyonatomizationfonIlationandsizedistributionofwaterdroplets丘omtheimpingingliquidjetswasexecutedina仃nosphereenViromllentbyusingPDPAandhighspeeddynamicanalysissystem．ThemoVementandthesizedistributionofdropletswe

4、reanalyzed．ItisfoundmattheradialVelocityofdropletsonhorizontalplaneiscen仃osymmetricandincreasesastheincreasingdistance丘omt11ecentertothemeasunngpoint．Thesizedistributionofdmpletsintheinitialstageofatomizationiscontrarytochatofradialveloci够．ItisbelievedthattheinitialVeloc时ofatomizat

5、iondropletsandthesizedist曲utionofdropletsduringtheinitialstageofatomizationarebothinnuencedbythemoVementofliquidsheet．1【!eywords：impin百ng岫ector；atomizeddroplets；1iquidsheet；veloci够distribution收稿日期：2014—06—13；修回日期：2014—07—09基金项目：国家重大基础研究项目(613193)作者简介：费俊(1981一)，女，博士，研究领域为液体火箭发动机基础理论

6、第4l卷第1期费俊，等：射流撞击雾化液滴运动过程与粒径分布特性的实验研究1lO引言直流撞击式喷嘴具有结构简单、制造成本低、混合效率高等优点，目前已广泛应用于液体火箭发动机中。撞击式喷注雾化是工质在高压喷头作用下进行喷注，使两股液体射流以一定角度进行撞击，经过撞击滞止之后，液体在撞击波、表面张力、气动力、粘性等作用下破碎成液滴，实现雾化。针对直流撞击雾化过程已经进行了大量的基础研究。W．E．Anderson等人通过试验研究了撞击式喷嘴的雾化角、射流速度对液滴尺寸、液膜破碎长度、撞击波等的影响，并以线性稳定性模型模拟了液膜破碎和雾化过程⋯。H．M．Ryan等人对

7、撞击式喷嘴分别在层流和湍流条件下液膜破碎过程进行了研究，并采用线性稳定性模型对不稳定波及其增长过程进行了研究，研究结果认为射流速度与湍流强度对撞击式喷嘴雾化过程有强烈作用【2】。P．A．Strakev等人研究了射流速率与室压对撞击式喷嘴的液膜破碎长度、平均粒径及粒径分布特性的影响，研究发现液膜长度随着射流速率与室内气体密度的增大而减小，液滴尺寸和室压与距离撞击点的轴向长度存在非线性关系I⋯。P．Vassallo等人以双击和四对喷注单元的撞击式喷嘴为研究对象，研究了流动速度对雾化特性影响，发现随着流速增大，粒径减小川。张蒙正等人采用激光全息及图像处理技术，研究

8、了双股互击式喷嘴结构参数对雾化性能的影响，总结出了喷