韦伯数对紧耦合雾化喷嘴初始破碎模式的影响

发布时间：2021-04-15 03:29

　　为了获得韦伯数对紧耦合雾化喷嘴初始破碎模式的影响规律,利用流体体积函数（volume of fluid,VOF）模型对以水和空气为工质的典型紧耦合环缝型雾化喷嘴的初始破碎过程进行数值模拟,并利用高速摄影技术对数值模拟结果进行实验验证。重点分析韦伯数对紧耦合雾化初始破碎模式、初始破碎长度的影响,以及不同初始破碎模式的内在形成机制和特点。在液体雷诺数为4 500,气体动力韦伯数为70到18 650时,随韦伯数的增加,紧耦合雾化初始破碎模式由韦伯数为70的膜状破碎模式向韦伯数为330的振荡卷吸破碎模式转变,当韦伯数大于1 700时,紧耦合雾化的初始破碎模式转变为完全卷吸破碎模式,其中振荡卷吸破碎模式和典型金属雾化过程中的喷泉状破碎模式类似。初始破碎长度随韦伯数的增加逐渐减小,在韦伯数大于4 560后,基本维持恒定。喷嘴导液管底端存在的卷吸涡状结构会对初始破碎模式产生重要影响,涡状结构在完全卷吸破碎模式时最明显。 

【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(17)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

典型紧耦合喷嘴模型

计算模型和边界条件如图2所示,由于计算重点针对导液管底端区域的初始破碎过程进行研究,对计算模型进行一定简化,没有考虑气体在集气腔内和液体在导液管内的流动。计算域具体结构为靠近喷嘴出口的圆柱空间区域,高为60 mm,直径为47.4 mm。计算域边界条件设置:雾化气体进口为质量流量进口,液体进口为速度进口,外圆柱面和底面出口为压力出口,其余边界为绝热壁面条件。利用ICEM软件对计算模型进行结构化网格划分,在喷嘴环缝和导液管底端位置等参数变化梯度较大的区域进行了重点加密,同时针对壁面附近进行了边界层加密处理。以单相气体流场中心线速度分布为对象,经过网格无关解验证,最后确定网格数量为54万。根据Zeoli等[15-16]的研究,在商用CFD软件FLUENT中采用VOF+LES(large eddy simulation)的方法对紧耦合雾化的初始破碎过程进行数值模拟,先进行只有雾化气体作用时的单相稳态计算,获得稳态雾化流场结果。以稳态单相计算结果作为初场,加入液体进行瞬态两相计算。

实验台原理如图3所示。实验台由供气路、供液路和测试系统组成。供气路中雾化气体为空气,由压气机气源提供,经过除尘、除油和除水蒸气处理后进入雾化喷嘴。供液路中雾化液体为水,储存在恒温水浴池中,通过直流无刷变频调速水泵进入喷嘴导液管。空气流量通过热式流量计进行测量,液体流量通过涡轮流量计进行测量。初始破碎过程通过FastcamSA4高速摄像机进行拍摄,拍摄参数为30 000帧/s,同时利用70 W白光摄影灯作为背景光源,以获得较优的拍摄效果。4 研究参数及工况

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CFD技术的超音速喷嘴两相流破碎机制研究[J]. 朱玲玲,吴建军,刘明翔,隋大山,崔振山.  粉末冶金材料科学与工程. 2018(03)
[2]惰气雾化过程中粉末破碎机理研究[J]. 马尧,王旭,胡宇,石长江.  热喷涂技术. 2017(01)
[3]旋转流场作用下金属熔体初始雾化过程数值模拟[J]. 王书桓,方云楚,赵定国,张凯璇,宋春燕.  中国粉体技术. 2016(04)
[4]粉末冶金技术在航空发动机中的应用[J]. 曲选辉,张国庆,章林.  航空材料学报. 2014(01)
[5]开涡状况下紧耦合气雾化的成膜机理[J]. 欧阳鸿武,黄伯云,陈欣,余文焘,张新.  中国有色金属学报. 2005(07)

硕士论文
[1]紧耦合气雾化流场结构和雾化机理研究[D]. 陈欣.中南大学 2007



本文编号：3138581