强迫扰动下的射流撞击雾化特性
发布时间：2021-07-25 18:45
为全面把握撞击式喷嘴的工作特性,进一步认识雾化在燃烧不稳定中所起的作用,采用试验结合数值模拟的方法开展了强迫扰动条件下撞击式喷嘴的非稳态雾化特性研究。试验方面,采用水力扰动装置产生喷前压力扰动,由脉动压力传感器记录喷前的脉动压力,由高速摄影对动态的喷雾场进行背光拍摄。数值模拟则是基于开源程序Gerris开展,通过给定周期性变化的速度入口来模拟前端压力扰动下的撞击雾化过程。首先验证了建立的数值模拟方案处理非稳态雾化的有效性,其次将自然雾化与强迫扰动雾化进行对比,分析了强迫扰动条件下的撞击雾化特性,最后研究了扰动频率与扰动幅值对于撞击雾化的影响。结果表明:强迫扰动下的射流撞击喷雾场出现了弓形液滴群局部聚集的现象,并且在时间上表现出周期性特征,雾化频率与强迫扰动的频率一致。在研究的频率范围（1 257～3 563Hz）内,撞击式喷嘴的雾化对扰动都有响应。扰动频率主要影响相邻弓形液滴群之间的间距以及雾场与扰动压力之间的相位关系,扰动幅值则主要影响雾化Klystron效应的强度。随着扰动幅值的增大,液膜的破碎长度减小,撞击点下游的流量特性由线性向非线性转变,由正弦波形转变为陡峭前缘波形。
【文章来源】：航空学报. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：22 页
【部分图文】：
试验系统结构简图
图1 试验系统结构简图由Kistler脉动压力传感器采集喷前的脉动压力，由XP5压力传感器记录周期性变化的喷注压降，采样频率均设定为20 480 Hz。由高速摄影对雾场进行背光拍摄，设定高速相机的拍摄频率为每秒拍摄20 480张图片，图像分辨率为512pixel×512pixel。通过同步触发装置实现脉动压力测量与雾场拍摄的同步，同步测量的原理为脉动压力传感器对脉动压力不间断采集，由信号发生器产生一个阶跃信号触发高速摄影工作。高速摄影触发的时间精度为2μs,DG535信号发生器的时间精度为ns量级，而数采系统采样的时间精度为10μs，根据木桶原理整个同步触发装置的时间精度应为10μs，目前试验所做的最高扰动频率约为3 563Hz,10μs的时间精度等级可以满足试验需求。
试验采用的撞击式喷嘴结构示意图如图3所示，两束圆柱射流轴线的交点定义为撞击点，液体工质加压喷射之后在撞击点处相互撞击完成雾化过程。图3中标注了撞击式喷嘴的部分结构参数，选用了射流直径d为1mm与0.8mm两种孔径的喷嘴，撞击角2θ=60°，喷嘴出口到撞击点的喷射距离L约为6.9mm。2 数值模拟方案及算例验证
【参考文献】：
期刊论文
[1]液气动量比对内混式直流气液喷嘴雾化特性影响[J]. 杨国华,张波涛,周立新,王凯. 火箭推进. 2019(05)
[2]背压对撞击式喷嘴雾化特性影响研究[J]. 李佳楠,雷凡培,周立新. 推进技术. 2020(04)
[3]液体火箭发动机背压振荡环境下的雾化特性研究进展[J]. 李佳楠,雷凡培,周立新,杨岸龙. 推进技术. 2019(11)
[4]Periodic atomization characteristics of an impinging jet injector element modulated by Klystron effect[J]. Anlong YANG,Bin LI,Shangrong YANG,Yunfei XU,Longfei LI. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(10)
[5]压力振荡对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的影响[J]. 康忠涛,王振国,李清廉,成鹏. 航空学报. 2018(06)
[6]射流在不可压气流中破碎过程高精度数值仿真[J]. 张波涛,张友平,张民庆. 火箭推进. 2018(01)
[7]喷前压力脉动对撞击式喷嘴雾化特性的影响[J]. 杨尚荣,杨岸龙,李龙飞,费俊,张锋. 推进技术. 2017(05)
[8]直流互击式喷注单元雾化特性准直接数值模拟[J]. 李佳楠,费俊,杨伟东,周立新,刘昌波. 推进技术. 2016(04)
[9]CFD模拟方法的发展成就与展望[J]. 阎超,于剑,徐晶磊,范晶晶,高瑞泽,姜振华. 力学进展. 2011(05)
[10]由喷嘴连接的燃烧室到供应系统压力振荡传递过程研究[J]. 杨立军,富庆飞. 航空动力学报. 2009(05)
博士论文
[1]液体火箭发动机燃烧稳定性理论、数值模拟和实验研究[D]. 黄玉辉.国防科学技术大学 2001
本文编号：3302569
【文章来源】：航空学报. 2020,41(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：22 页
【部分图文】：
试验系统结构简图
图1 试验系统结构简图由Kistler脉动压力传感器采集喷前的脉动压力，由XP5压力传感器记录周期性变化的喷注压降，采样频率均设定为20 480 Hz。由高速摄影对雾场进行背光拍摄，设定高速相机的拍摄频率为每秒拍摄20 480张图片，图像分辨率为512pixel×512pixel。通过同步触发装置实现脉动压力测量与雾场拍摄的同步，同步测量的原理为脉动压力传感器对脉动压力不间断采集，由信号发生器产生一个阶跃信号触发高速摄影工作。高速摄影触发的时间精度为2μs,DG535信号发生器的时间精度为ns量级，而数采系统采样的时间精度为10μs，根据木桶原理整个同步触发装置的时间精度应为10μs，目前试验所做的最高扰动频率约为3 563Hz,10μs的时间精度等级可以满足试验需求。
试验采用的撞击式喷嘴结构示意图如图3所示，两束圆柱射流轴线的交点定义为撞击点，液体工质加压喷射之后在撞击点处相互撞击完成雾化过程。图3中标注了撞击式喷嘴的部分结构参数，选用了射流直径d为1mm与0.8mm两种孔径的喷嘴，撞击角2θ=60°，喷嘴出口到撞击点的喷射距离L约为6.9mm。2 数值模拟方案及算例验证
【参考文献】：
期刊论文
[1]液气动量比对内混式直流气液喷嘴雾化特性影响[J]. 杨国华,张波涛,周立新,王凯. 火箭推进. 2019(05)
[2]背压对撞击式喷嘴雾化特性影响研究[J]. 李佳楠,雷凡培,周立新. 推进技术. 2020(04)
[3]液体火箭发动机背压振荡环境下的雾化特性研究进展[J]. 李佳楠,雷凡培,周立新,杨岸龙. 推进技术. 2019(11)
[4]Periodic atomization characteristics of an impinging jet injector element modulated by Klystron effect[J]. Anlong YANG,Bin LI,Shangrong YANG,Yunfei XU,Longfei LI. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(10)
[5]压力振荡对气液同轴离心式喷嘴自激振荡的影响[J]. 康忠涛,王振国,李清廉,成鹏. 航空学报. 2018(06)
[6]射流在不可压气流中破碎过程高精度数值仿真[J]. 张波涛,张友平,张民庆. 火箭推进. 2018(01)
[7]喷前压力脉动对撞击式喷嘴雾化特性的影响[J]. 杨尚荣,杨岸龙,李龙飞,费俊,张锋. 推进技术. 2017(05)
[8]直流互击式喷注单元雾化特性准直接数值模拟[J]. 李佳楠,费俊,杨伟东,周立新,刘昌波. 推进技术. 2016(04)
[9]CFD模拟方法的发展成就与展望[J]. 阎超,于剑,徐晶磊,范晶晶,高瑞泽,姜振华. 力学进展. 2011(05)
[10]由喷嘴连接的燃烧室到供应系统压力振荡传递过程研究[J]. 杨立军,富庆飞. 航空动力学报. 2009(05)
博士论文
[1]液体火箭发动机燃烧稳定性理论、数值模拟和实验研究[D]. 黄玉辉.国防科学技术大学 2001
本文编号：3302569
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3302569.html
