液体燃料锥—射流荷电雾化的实验研究和模拟分析

发布时间：2017-10-02 05:14

  本文关键词：液体燃料锥—射流荷电雾化的实验研究和模拟分析

  更多相关文章： 荷电雾化 锥-射流模式 电场分布 半锥角 电流 粒径 无量纲

【摘要】：随着科学技术的发展,微型燃烧器在微能源系统中有了越来越重要的应用,与电池相比利用液体燃料的微能源系统具有明显优势。荷电雾化产生的液滴具有单分散性、不易凝聚等特点,荷电雾化技术在燃烧领域得到了广泛的应用。为合理设计微型荷电喷雾燃烧器,基于新设计的两种微型荷电喷雾燃烧器(喷嘴-接地网格燃烧器和喷嘴-环形电极-接地网格燃烧器),开展液体燃料乙醇雾化实验研究,采用可视化方法获得了雾化形态,测量了锥角及电压,并将两种燃烧器的雾化结果进行了对比;在接地网格和电源负极之间串联一个标准电阻,用数据采集仪测得标准电阻两端的电压,运用欧姆法得到雾化电流;采用相位多普勒粒子测速仪PDA进行了粒径和速度的测量;采用两相流水平集方法对乙醇荷电雾化进行数值模拟,得到如下结论:(1)实验测量的喷嘴电极系统和喷嘴-环形电极系统荷电雾化形成的锥-射流半锥角度数均远小于泰勒半锥角49.3o,更接近于采用双曲线模型计算得到的34.72o。在相同雾化模式下,双电极形成的锥角小于单电极形成的锥角。(2)采用双电极装置,选取合适电压的环形电极,可以显著降低毛细管电压,与单电极装置相比,可降低外加电功率的消耗,有利于稳定锥-射流雾化模式的形成。(3)在乙醇体积流量为1 mL/h,毛细管电压Vn=4.19 kV,环形电极电压Vr=1 kV条件下,实验得到了稳定的锥射流,锥半角为ψ=38.06o,锥高度H=0.58 mm。由数值模拟得到与实验条件对应的锥射流,锥半角为ψ′=37.3o,锥高度H′=0.59 mm,与实验值较符合,验证了数值模拟的准确性。(4)由数值模拟对锥射流区域的场强分布进行了计算,径向及轴向场强在锥射流内部均逐渐增大,到气液分界面达到最大值,随后逐渐减小。射流外侧的空气出现漩涡,流体在分界面速度最大且沿分界面的切面方向运动,加速了锥射流的形成。(5)根据电场叠加原理,喷嘴-环形电极系统的电场强度比喷嘴电极系统的小,液锥附近的电场分布更加均匀,形成更加稳定的锥-射流,产生粒径更小、更均匀的液滴。(6)将雾化电流和雾滴大小进行无量纲处理,与标度率做对比,两种电极系统产生的雾化电流和液滴直径均遵循无量纲流量的1/2次方标度率,粒径随电荷密度变化规律遵循瑞利极限。
【关键词】：荷电雾化 锥-射流模式 电场分布 半锥角 电流 粒径 无量纲
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 物理量名称和符号表8-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题研究的背景意义13-14
• 1.2 国内外现状14-18
• 1.2.1 主要实验研究14-16
• 1.2.2 主要理论研究16-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-19
• 第二章 论文相关理论基础19-29
• 2.1 电场强度分布的理论计算19-22
• 2.1.1 计算方法19
• 2.1.2 数学模型19-20
• 2.1.3 理论计算20-22
• 2.1.3.1 单环形电极作用下电势分布20
• 2.1.3.2 单金属毛细管电极作用下电势分布20-21
• 2.1.3.3 双电极作用下电势分布21-22
• 2.2 锥-射流的锥部受力分析22-24
• 2.3 锥角理论计算24-26
• 2.4 液体荷电机理及射流破碎模态26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第三章 实验系统及测试方法29-35
• 3.1 实验系统29-30
• 3.2 实验段30-31
• 3.3 雾化电流测量31-32
• 3.4 液滴尺寸和速度测量32-33
• 3.5 误差分析33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 雾化锥-射流模拟仿真35-40
• 4.1 模拟方法35-36
• 4.2 控制方程36-37
• 4.3 边界条件37-38
• 4.4 模拟步骤38-39
• 4.5 本章小结39-40
• 第五章 场强分布40-46
• 5.1 锥-射流区域和雾化区域的场强分布40-43
• 5.2 锥角局部电场场强43-44
• 5.3 本章小结44-46
• 第六章 雾化特性46-54
• 6.1 实验锥-射流的锥角特性46-48
• 6.2 模拟锥-射流的锥角特性48-50
• 6.3 速度场50-51
• 6.4 锥-射流雾化模式电压区间51-52
• 6.5 本章小结52-54
• 第七章 电流与粒径分布54-67
• 7.1 雾化电流54-59
• 7.1.1 不同雾化模式下的雾化电流54-57
• 7.1.2 雾化电流的标度率57-59
• 7.2 粒径分布59-65
• 7.2.1 不同雾化模式下的粒径分布59-63
• 7.2.2 粒径的标度率63-65
• 7.3 电荷密度与粒径之间的关系65-66
• 7.4 本章小结66-67
• 结论与展望67-69
• 1. 结论67-68
• 2. 展望68-69
• 参考文献69-75
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果75-77
• 致谢77-78
• 附件78

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