液体射流首次破碎的直接数值模拟研究

发布时间：2020-07-14 19:59

【摘要】：本文为探究液体射流破碎的失稳和首次雾化过程,采用大规模的计算网格,引入了一种结合VOF(Volume of Fluid)界面流模拟方法和有界压缩格式的直接数值模拟方法,追踪射流气液两相之间的界面演化。首先模拟了以0.415m/s和1.04m/s的速度进入静止空气的两个低速液体圆射流。将低速射流的界面发展分为射流形成阶段、核心增长阶段和稳定阶段,分别考察了三个阶段内射流破碎的动力学现象,计算得到的射流破碎长度均值与经验值相近。验证了本文采用的数值模拟技术方法在模拟射流破碎过程时具有高精度和高可靠性。进一步研究了速度为30m/s的高速燃油圆射流破碎过程,计算捕捉到了射流破碎引起的液丝和液滴与复杂流场结构的演化过程,以供开展动力学特性研究。研究分析了射流头部和液柱核心的形态变化过程,揭示了射流液体与周围空气两相之间的相互作用机理。分析指出射流前锋最先受到扰动,在空气动力作用下扭曲变形并产生细小的液丝和液滴。扰动借助气相和液相两种方式向上游传递,对射流的破碎进程产生促进作用。随着射流失稳和破碎程度加深,流场高度紊乱,气液混合程度进一步提高。考察了射流首次破碎时头部抽丝的动力学机制,以及液丝在周围气体影响下演变并产生液滴的若干机制。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V231
【图文】：

雾化喷口技术。该技术有助于燃烧室内部燃油雾化更均匀，气液混合更充分，使燃烧效果大幅逡逑提升。２０世纪９０年代，世界著名发动机设计制造商提出了“绿色”发动机的概念ｍ。目前，逡逑先进的低排放发动机主要通过燃油分级分区雾化技术来实现高效能低排放，典型结构如图１．３逡逑所示。逡逑主流路进气逡逑逦？？？逡逑人逦＼＾主酿kw火焰区逡逑主燃级燃油邋＇二参一’逡逑＼逦＼邋交叠区逡逑副流路进气＼栜级回流区逡逑预燃级燃油射流逡逑■NB±栥燃油射流逡逑图１．３邋ＴＡＰＳ燃烧室头部燃油射流通道［８］逡逑在航空发动机领域，典型的低排放燃烧技术和燃烧室有：应用在ＴＡＬＯＮ（邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｆｏｒ逡逑Ａｄｖａｎｃｅｄ邋Ｌｏｗ邋ＮＯｘ）系列低排放燃烧室［９］上的富油燃烧／淬熄／贫油燃烧技术（Ｒｉｃｈ逡逑ｂｕｒｎ－Ｑｕｅｎｃｈ－Ｌｅａｎ邋ｂｕｒｎ，简称邋ＲＱＬ邋），应用于双环预混旋流（Ｔｗｉｎ邋Ａｎｎｕｌａｒ邋Ｐｒｅｍｉｘｉｎｇ邋Ｓｗｉｒｌｅｒ，逡逑简称ＴＡＰＳ邋）燃烧室［１Ｇ１上的贫油预混预蒸发燃烧技术（Ｌｅａｎ邋Ｐｒｅｍｉｘｅｄ邋Ｐｒｅｖａｐｏｒｉｚｅｄ，简称ＬＰＰ），逡逑２逡逑

逦５．０逡逑ＮＯｘ（ｌｂ／ｄ）逡逑图１．２每日民航客机ＮＯｘ产生量分布图［６］逡逑由于发动机燃烧室是航空污染物的来源，若要降低污染物排放，低排放燃烧室的设计就成逡逑为了关键。低污染发动机技术始于２０世纪７０年代，从提出至今已经过四十多年的理论、试验逡逑的发展和实际应用。２０世纪８０年代，产生了富油燃烧和贫油燃烧的两种概念，并出现了气动逡逑雾化喷口技术。该技术有助于燃烧室内部燃油雾化更均匀，气液混合更充分，使燃烧效果大幅逡逑提升。２０世纪９０年代，世界著名发动机设计制造商提出了“绿色”发动机的概念ｍ。目前，逡逑先进的低排放发动机主要通过燃油分级分区雾化技术来实现高效能低排放，典型结构如图１．３逡逑所示。逡逑主流路进气逡逑逦？？？逡逑人逦＼＾主酿kw火焰区逡逑主燃级燃油邋＇二参一’逡逑＼逦＼邋交叠区逡逑副流路进气＼栜级回流区逡逑预燃级燃油射流逡逑■NB±栥燃油射流逡逑图１．３邋ＴＡＰＳ燃烧室头部燃油射流通道［８］逡逑在航空发动机领域，典型的低排放燃烧技术和燃烧室有：应用在ＴＡＬＯＮ（邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｆｏｒ逡逑Ａｄｖａｎｃｅｄ邋Ｌｏｗ邋ＮＯｘ）系列低排放燃烧室［９］上的富油燃烧／淬熄／贫油燃烧技术（Ｒｉｃｈ逡逑ｂｕｒｎ－Ｑｕｅｎｃｈ－Ｌｅａｎ邋ｂｕｒｎ

表征惯性力与表面张力之比的Ｗｅ数，表征惯性力、粘性力和表面张力相互关系的Ｏｈ逡逑数，这三个参数相结合作为研究射流破碎的参数准则，用以确定不同的射流破碎形式。根据逡逑Ｒｅｉｔｚ等人的理论，不同参数的液体射流具有不同的破碎模式，如图１．４所示，主要分为四个逡逑阶段：逡逑①

【参考文献】

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本文编号：2755419