液体同轴旋转射流破碎与雾化特性的实验研究

发布时间：2017-08-21 18:12

  本文关键词：液体同轴旋转射流破碎与雾化特性的实验研究

  更多相关文章： 液体同轴旋转射流 液/液同轴离心式喷嘴 内路喷孔缩进量 同向和反向旋流 液膜破碎过程 雾化特性

【摘要】：液体火箭发动机具有比冲高、能反复启动、工作时间长短可任意设定,多次使用、推力可调节等优点,在人类空间技术的发展史上长期占据着主要地位。而燃用常温绿色液体推进剂的卫星及空间探测器更是目前许多国家研究的热点。作为其发动机上的关键部件：液/液同轴离心式喷嘴及其产生的液体同轴旋转射流对发动机的燃烧效率和燃烧稳定性起着决定性的作用,开展对其雾化过程的研究具有十分重要的意义。本文通过搭建的喷雾实验系统,对设计的外混式和内混式两种型式的同轴离心喷嘴进行了冷态喷雾实验。利用高速摄影及Malvern粒度分析仪研究了射流工况和喷嘴几何结构的变化对模拟推进剂下的同轴旋转射流液膜破碎特征及雾化性能的影响；并通过数值模拟方法研究了内外路单独喷射时射流工况对液/液同轴离心式喷嘴内部流动特性的影响,作为对实验研究的补充。结果表明：1、内外路旋转射流形成的回流区气体卷吸作用是外混式同轴旋转射流形成的主要原因；内外路射流掺混位置不同引起的液膜扰动波变化是内混式同轴旋转射流液膜破碎特征改变的主要原因。2、内路射流工况对外混式同轴旋转射流的液膜破碎长度和液滴SMD直径和分布均匀度起主导作用。喷雾锥角则受内外路射流工况共同影响。3、内外路射流掺混位置与喷孔之间的距离对内混式同轴旋转射流液膜破碎长度和液滴SMD直径和分布均匀度起主导作用,喷雾锥角同样受内外路射流工况共同影响。4、反向同轴旋转射流的回流区气体卷吸作用比同向旋转射流弱。5、采用二维轴对称模型、VOF模型和RNG k-ε模型可以准确预测液／液同轴离心式喷嘴内部的流场特性,数值计算的喷雾锥角与实验测量吻合较好。
【关键词】：液体同轴旋转射流 液/液同轴离心式喷嘴 内路喷孔缩进量 同向和反向旋流 液膜破碎过程 雾化特性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V434.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1. 绪论12-26
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-23
• 1.2.1 离心式喷嘴及其射流的研究现状14-20
• 1.2.2 液/液同轴离心式喷嘴及其射流的研究现状20-23
• 1.3 存在的问题23
• 1.4 本文的研究内容23-26
• 2. 实验系统与实验方法26-42
• 2.1 喷雾实验系统的建立26-29
• 2.1.1 喷嘴气液供应管路系统26-27
• 2.1.2 高速摄影系统27-28
• 2.1.3 粒度测量系统28-29
• 2.2 实验研究中涉及的一些基本概念29-33
• 2.2.1 离心式喷嘴的一些特征参数30-31
• 2.2.2 雾化性能的评价指标31-32
• 2.2.3 旋转射流液膜破碎过程的典型情况32-33
• 2.3 液/液同轴离心式喷嘴设计33-36
• 2.3.1 喷嘴设计计算过程33-34
• 2.3.2 喷嘴结构设计34-36
• 2.4 实验方法36-40
• 2.4.1 推进剂模拟工质的选择36-37
• 2.4.2 实验工况设计37-38
• 2.4.3 实验数据处理及雾化性能特征量的提取38-40
• 2.5 本章小结40-42
• 3. 外混式同轴旋转射流破碎与雾化特性的实验研究42-66
• 3.1 外混式同轴旋转射流的喷雾形态及液膜破碎过程42-50
• 3.1.1 内外路单独喷射的情况42-44
• 3.1.2 外混式同轴旋转射流的形成过程44-46
• 3.1.3 射流工况的变化对喷雾形态及液膜破碎过程的影响46-50
• 3.2 射流工况的变化对雾化性能的影响50-61
• 3.2.1 射流工况的变化对喷雾锥角的影响50-52
• 3.2.2 喷雾锥角实验结果与理论公式的对比52-54
• 3.2.3 射流工况的变化对液膜破碎长度的影响54-56
• 3.2.4 射流工况的变化对液滴平均直径及分布均匀度的影响56-61
• 3.3 外混式反向同轴旋转射流破碎与雾化特性的实验研究61-64
• 3.3.1 外混式反向同轴旋转射流喷雾形态及液膜破碎过程的变化61-62
• 3.3.2 外混式反向同轴旋转射流液滴平均直径及分布均匀度的变化62-64
• 3.4 本章小结64-66
• 4. 内混式同轴旋转射流破碎与雾化特性的实验研究66-96
• 4.1 内混式同轴旋转射流的喷雾形态及液膜破碎过程66-72
• 4.1.1 内混式同轴旋转射流的形成过程66-68
• 4.1.2 射流工况的变化对喷雾形态及液膜破碎过程的影响68-72
• 4.2 射流工况的变化对雾化性能的影响72-78
• 4.2.1 射流工况的变化对喷雾锥角的影响72-74
• 4.2.2 射流工况的变化对液膜破碎长度的影响74-75
• 4.2.3 射流工况的变化对液滴平均直径及分布均匀度的影响75-78
• 4.3 内路喷孔缩进量的变化对射流破碎与雾化特性的影响78-90
• 4.3.1 缩进长度无量纲化--RN数的定义79
• 4.3.2 内路喷孔缩进量的变化对喷雾形态及液膜破碎过程的影响79-85
• 4.3.3 内路喷孔缩进量的变化对喷雾锥角的影响85-86
• 4.3.4 内路喷孔缩进量的变化对液膜破碎长度的影响86-87
• 4.3.5 内路喷孔缩进量的变化对液滴平均直径及分布均匀度的影响87-88
• 4.3.6 液滴SMD直径实验结果与经验公式对比88-90
• 4.4 内混式反向同轴旋转射流破碎与雾化特性的实验研究90-93
• 4.4.1 内混式反向同轴旋转射流喷雾形态与液膜破碎过程的变化90-92
• 4.4.2 内混式反向同轴旋转射流液滴平均直径及分布均匀度的变化92-93
• 4.5 本章小结93-96
• 5. 液/液同轴离心式喷嘴内部流动特性的数值模拟96-112
• 5.1 数值计算模型96-98
• 5.1.1 多相流模型96-97
• 5.1.2 湍流模型97-98
• 5.2 计算域处理及边界条件设置98-101
• 5.3 计算结果与分析101-109
• 5.3.1 气液两相分布101-103
• 5.3.2 速度分布103-107
• 5.3.3 出口液膜厚度107-108
• 5.3.4 喷雾锥角108-109
• 5.4 本章小结109-112
• 6. 全文总结与展望112-114
• 6.1 全文总结112-113
• 6.2 展望113-114
• 参考文献114-118
• 作者简历及攻读硕士学位期间发表的学术论文118-122
• 学位论文数据集122

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本文编号：714360