气液两相射流凝结传热与压力波动特性研究进展
发布时间：2021-04-13 06:14
气液两相射流直接接触凝结现象广泛存在于自然界,在航天液体火箭发动机及能源核电等领域具有重大的应用需求.气液两相射流凝结过程牵涉冷凝相变、强湍流和界面多尺度等剧烈的瞬态特性,致使气液界面能质输运与压力波动机制难以准确描述.本文首先简要回顾了气液两相射流凝结现象在关系国计民生的重要工业过程中的应用,接着从气液两相射流典型界面过程出发,重点回顾了射流气羽连续相界面的稳态特征、凝结流型图和射流喷射长度,介绍了射流凝结流场结构相关的射流速度场与温度场的稳态平均特性,分析了射流凝结传热系数和数理建模相关的若干进展,然后综述了射流凝结诱发的压力波动特性方面的研究进展.最后简要指出存在的问题和面临的挑战,提出实验与理论研究、数理建模等未来的发展方向.
【文章来源】：中国科学:技术科学. 2020,50(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
(网络版彩图)管内蒸汽射流凝结流型分布图(过冷水雷诺数的影响规律)[19]
喷嘴出口压力Pw对凝结流型及流型图也会产生显著的规律[20],如图2所示.从间歇振荡向界面振荡转变的蒸汽质量流速Gs,随着Pw的增大线性增大;从界面振荡向“稳定或气泡振荡”转变的Gs,随着Pw的增大线性增大.将等效临界蒸汽质量流速Gc,throat定义为Gc,exitAthroat/Aexit,其中Gc,exit为喷嘴出口蒸汽质量流速,Athroat为喷嘴喉部面积,Aexit为喷嘴出口面积.将不同Pw的Gc,throat以倾斜线绘在图中,倾斜线与实际的间歇/界面振荡流型转变线重合.因此,可用Gc,throat区分间歇/界面振荡流型.将Gs用不同Pw下的Gc,exit无量纲化;间歇/界面振荡流型转变线、界面/“稳定或气泡振荡”流型转变线,垂直于横坐标N,与无量纲N不相关.因此,可用低压下的凝结流型图预测高压下的凝结流型图,为实际工业生产与设计中凝结流型的识别提供有效依据.基于凝结流型与压力波的强烈相关性,Xu等人[21,22]提出基于压力波特性的射流凝结流型识别方法,小波多分辨率分析揭示了时频平面不同尺度特征参数与流型的关联敏感性.2～5层绝对值平均数和相对能量作为神经网络输入,整体识别率为94.25%.
(3)目前以双流体模型为基础框架的气液两相射流凝结模拟方法,由于模型本身的限制,只能模拟射流气羽连续相界面的时空演化特征,无法得到射流气羽破碎过程以及之后的气泡群的尺寸分布及其破碎、融合、溃灭过程.因此需要构建能够模拟射流气羽破碎及其尾迹气泡群融合、溃灭全流程的多相流数值模拟方法.(4)目前对射流凝结湍流结构的研究主要集中在射流速度场与温度场的稳态平均特性.需要进一步研究旋涡特别是大尺度涡在两相流场中的生成、运动和湮灭等动态发展过程,探究旋涡结构对相界面边界层内流体输运特性的影响规律,揭示旋涡结构对相界面动态演化行为的影响机制.
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外运载火箭POGO抑制技术研究进展[J]. 王小军,于子文,张兵,张青松,潘辉. 中国科学:技术科学. 2014(05)
[2]Experimental study on pressure and temperature distributions for low mass flux steam jet in subcooled water[J]. YAN JunJie,WU XinZhuang & CHONG DaoTong State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2009(06)
本文编号：3134778
【文章来源】：中国科学:技术科学. 2020,50(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
(网络版彩图)管内蒸汽射流凝结流型分布图(过冷水雷诺数的影响规律)[19]
喷嘴出口压力Pw对凝结流型及流型图也会产生显著的规律[20],如图2所示.从间歇振荡向界面振荡转变的蒸汽质量流速Gs,随着Pw的增大线性增大;从界面振荡向“稳定或气泡振荡”转变的Gs,随着Pw的增大线性增大.将等效临界蒸汽质量流速Gc,throat定义为Gc,exitAthroat/Aexit,其中Gc,exit为喷嘴出口蒸汽质量流速,Athroat为喷嘴喉部面积,Aexit为喷嘴出口面积.将不同Pw的Gc,throat以倾斜线绘在图中,倾斜线与实际的间歇/界面振荡流型转变线重合.因此,可用Gc,throat区分间歇/界面振荡流型.将Gs用不同Pw下的Gc,exit无量纲化;间歇/界面振荡流型转变线、界面/“稳定或气泡振荡”流型转变线,垂直于横坐标N,与无量纲N不相关.因此,可用低压下的凝结流型图预测高压下的凝结流型图,为实际工业生产与设计中凝结流型的识别提供有效依据.基于凝结流型与压力波的强烈相关性,Xu等人[21,22]提出基于压力波特性的射流凝结流型识别方法,小波多分辨率分析揭示了时频平面不同尺度特征参数与流型的关联敏感性.2～5层绝对值平均数和相对能量作为神经网络输入,整体识别率为94.25%.
(3)目前以双流体模型为基础框架的气液两相射流凝结模拟方法,由于模型本身的限制,只能模拟射流气羽连续相界面的时空演化特征,无法得到射流气羽破碎过程以及之后的气泡群的尺寸分布及其破碎、融合、溃灭过程.因此需要构建能够模拟射流气羽破碎及其尾迹气泡群融合、溃灭全流程的多相流数值模拟方法.(4)目前对射流凝结湍流结构的研究主要集中在射流速度场与温度场的稳态平均特性.需要进一步研究旋涡特别是大尺度涡在两相流场中的生成、运动和湮灭等动态发展过程,探究旋涡结构对相界面边界层内流体输运特性的影响规律,揭示旋涡结构对相界面动态演化行为的影响机制.
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外运载火箭POGO抑制技术研究进展[J]. 王小军,于子文,张兵,张青松,潘辉. 中国科学:技术科学. 2014(05)
[2]Experimental study on pressure and temperature distributions for low mass flux steam jet in subcooled water[J]. YAN JunJie,WU XinZhuang & CHONG DaoTong State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2009(06)
本文编号：3134778
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