内混式空气助力喷嘴喷雾水滴尺寸分布建模

《内混式空气助力喷嘴喷雾水滴尺寸分布建模》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、航空学报May252016V01．37No．51473—1483ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．CR内混式空气助力喷嘴喷雾水滴尺寸分布建模唐虎1，常士楠1’*，成竹2，冷梦尧11．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京1000832．中国飞机强度研究所，西安710065摘要：获取喷嘴出口喷雾的水滴尺寸分布(DSD)和水滴平均直径(MVD)对地面结冰实验设施云雾参数计算与调试至关重要。采用相

2、位多普勒干涉仪对内混式空气助力喷嘴开展了喷雾实验研究；采用最小二乘法确定了DSD经验函数参数，建立了喷嘴出口喷雾的DSD模型，探究了喷嘴动力参数(NDPs)对DSD的影响；校验了WiggMVD估算公式及其修正形式，分析其在具体工程应用中的局限性，提出了基于NDPs的MVD估算公式。研究发现：修正Rosin-Rammler分布函数与实验数据更为吻合，可作为描述喷嘴出口喷雾DSD的模型；NDPs对DSD有明显影响，且气压的影响更为显著；基于NDPs的MVD估算公式能提供精度可接受的MVD预估值，且比WiggMVD估算公式及其修正形式更易于工程应用。关键

3、词：结冰云雾；喷嘴；水滴尺寸分布；水滴平均直径；建模中图分类号：V216．8文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)05—1473—11水滴平均直径(MedianVolumeDiameter，MVD)是表征结冰云的重要参数之一，影响结冰特性[1。3]。然而，实际结冰云中的过冷水滴尺寸并不唯一，而是存在一定的尺寸范围，即水滴尺寸分布(DropletSizeDistribution，DSD)。MVD是由DSD计算得到的一种理论平均直径。地面结冰实验设施由于具备可控的结冰云雾模拟能力而在飞机结冰研究和冰防护系统发展过程中发挥重要作用，常采用

4、喷嘴将水雾化成为小水滴后喷射至低温气流的方法模拟结冰云雾[4墙]。水滴从喷嘴出口进入流场之后，在湍流扩散、重力沉降、碰撞与聚合、相变传热传质等物理过程的联合作用下，其运动轨迹、尺寸和相态会发生变化，进而引起DSD发生演变，影响模拟结冰云雾与自然结冰条件的接近程度。尽管采用试错法(TrialandEr—rorMethod)调整喷嘴动力参数(NozzleDynamicParameters，NDPs)可使结冰实验件安装处的结冰云雾与自然结冰条件尽量接近[9]，但调试过程极其耗时、耗力。因此希望采用计算的方法在实验调试之前进行喷嘴动力参数和流场条件匹配，充

5、分考虑影响云雾DSD的多种物理过程，预测实验件安装处的结冰云雾参数，达到缩小实验参数调试范围、缩短实验周期及降低实验成本的目的。本文主要研究近喷嘴出口区域喷雾的DSD，建立了一种基于NDPs的MVD估算关系式，为结冰云雾参数计算提供输入条件，帮助地面结冰实验设施云雾参数调试。结冰云雾DSD演变及其影响因素研究将在后续工作中开展。目前，喷嘴DSD建模方法主要有3种：经验函数法、最大焓法和离散概率函数法，其中后两者收稿日期：2015．06—16；退修日期：2015—07—08；录用日期：2015—07—21；网络出版时间：2015．07—2113：17

6、网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20150721．1317001hlmI基金项目：国家自然科学基金(11372026)；中国航空工业集团公司技术创新基金(2013F62302)*通讯作者．Tel．：010—82338008E-mail：SR—chang@buaa．edu．CR戮霸格武；唐虎．常圭楠，成舒．等．内混式空气助力喷嘴喷雾水滴尺寸分布建模￡Jj．航空学报。2016．37(5)：1473-1483．TANGH．CHANGSMCHENGZ,eta1．Modelingdropletsizedis

7、tributionofsprayforaninternal-mixingair-assistednozzleEJJ．ActaAcre—nauticaetAstronauticaSinica．2016，37(5)：1473—1483航空学报May252016V01．37No．5为理论方法口0‘。经验函数法是对喷嘴在允许的运行工况范围内尽多地采集喷雾实验数据，拟合经验函数，确定经验函数的待定参数，使其尽量接近喷雾实验数据。经验函数法仅需确定拟选的经验函数参数便可建立喷嘴NDPs和DSD之间的关系，具有可行性高的特点，但无法保证实验工况点外的预测精度。最

8、大焓法由Sellens[1妇和Li[12]等最先提出，该方法将雾化视为完全非确定性过程，并假设喷嘴雾化最可能产生的DSD是