螺旋离心式喷嘴内部流动过程数值仿真研究

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1、第4l卷第4期火箭推进V01．41，No．42015年8月JOURNALOFROCKETPROPULSIONAug．2015螺旋离心式喷嘴内部流动过程数值仿真研究吴高杨，郑刚，聂万胜，乔野(装备学院，北京101416)摘要：基于VOF模型对螺旋离心式喷嘴内部流动进行了三维全尺寸数值仿真研究，重点分析了液相在喷嘴内部的流动过程以及喷嘴内部各区域的速度、压力分布。结果表明：液相进入螺旋槽后，在螺旋槽与入口联接处形成气穴，气穴随着液相流入逐渐变小；喷嘴内部流场稳定后，在旋流中心区域形成稳定气核，喷嘴出口段液膜厚度

2、沿轴向逐渐减小；在旋流区域液相最大切向速度位于贴近气液交界面附近区域，并且切向速度沿轴向方向逐渐减小；喷嘴各部分对总压损失的影响由大到小分别是收敛段、螺旋槽、等直段和旋流腔。关键词：VOF模型；螺旋离心式喷嘴；气核；液膜；总压损失中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2015)04—0013—06NumericalsimulationofflowprocessinscrewcentrifugalnozzleWUGaoyang，ZHENGGang，NIEWansheng，Q认O

3、ye(EquipmentAcademy,Beijing101416，China)Abstract：Thevolumeoffluid(VOF)modelwasusedtocarryoutthe3Dnumeficalsimulationoftheflowprocessinsidethescrewcentrifugalnozzle．Theflowprocessofliquidphaseinthenozzleandthedistributionofvelocityandpressureineachareainsid

4、ethenozzlewereanalyzedemphatically．Theresultsshowacavitationisformedinthejointofspiralgrooveandentrancewhentheliquidphaseentersintospiralgroove，andthesizeofcavitationdecreasesastheliquidphaseflowsintothenozzle；Astablegascoreisformedinthecenterofspimlflow，a

5、ndtheliquidfilmthicknessatthenozzleexitreducegraduallyalongtheaxialdirectionwhenflowfieldinthenozzleisstable；Themaximumtangentialvelocityofliquidphaseintheliquidflowregionisnearthegas-liquidinterfaceandreducealongtheaxialdirection；Theimpactofeachpartinthen

6、ozzleontotalpressureloss(fromlargetosmall)isconvergentsection，spiralgroove，equalstraightsectionandswirlchamber．Keywords：VOFmodel；screwcentrifugalnozzle；gascore；liquidfilm；totalpressureloss收稿日期：2015—0l一29；修回日期：2015—04—16基金项目：国家自然科学基金资助项目(91441123)作者简介：吴高杨(1

7、991一)，男，硕士，研究领域为液体火箭发动机14火箭推进2015年8月0引言燃油喷注雾化是液体火箭发动机以及航空发动机等液体化学动力系统燃烧过程中的重要环节之一，其雾化效果的好坏对发动机燃烧性能及稳定性有着直接影响。目前，机械压力离心式喷嘴由于其结构简单，且具有良好的雾化性能而得到广泛运用。国内外对单组元离心式喷嘴做了大量的试验研究。文献f1]通过对气液同轴离心式喷嘴的试验研究发现，气液动量通量比与韦伯数(We)对喷嘴雾化特性影响较大。文献[2]通过试验研究了韦伯数(We)及环境气体密度对旋转液膜的影响，

8、发现液膜破碎长度随着韦伯数(We)及环境气体密度的增大而减小。文献【3】通过试验对比研究了气液同轴离心式喷嘴和气液同轴直流式喷嘴，结果发现在相同条件下前者的雾化效果优于后者。相比于试验研究，计算流体力学在这一领域的运用起步较晚，但却具有较大的发展潜力及空间。目前，基于VOF模型的界面追踪法是喷嘴雾化数值仿真研究中采用的主要方法【41。文献[5]对Flux—correctedtransport，lagrangian