幂律流体双股射流碰撞雾化的试验研究

发布时间：2017-08-01 22:24

  本文关键词：幂律流体双股射流碰撞雾化的试验研究

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【摘要】：双股射流碰撞雾化器由于结构简单,易于制造和维修,且在各种射流压力下都能较好的雾化和混合,因此被广泛应用于液体火箭发动机中。而幂律流体作为一种新型的推进剂类型,是将液体推进剂凝胶化,同时具有固体和液体推进剂的优势,但是因其粘度较大、流变特性复杂,导致雾化困难,雾化特征与牛顿流体存在较大差异。因此,研究幂律流体的双股射流碰撞雾化特征具有重要意义,有助于实现对雾化效果的有效控制。本文综述了牛顿流体与幂律流体的双股射流碰撞雾化的国内外相关研究,发现相对于牛顿流体,幂律流体的雾化特征研究有所欠缺,定量分析较少。在此基础上,确定了本文的研究内容和试验方案。设计并改进了双股射流碰撞雾化试验系统,在原有试验系统的基础上,针对幂律流体搭建了幂律流体输运系统和气流扰动系统,使整个试验系统能够满足需要,调试PIV粒子测速仪以测量喷雾速度场。配制了不同质量浓度的卡波姆凝胶模拟液,测量分析了流变特性,得到幂律流体本构方程中的流变参数。进行幂律流体的双股射流雾化特征试验,测量分析了破碎模式、液膜特征、液滴的粒径特征及速度分布。结果表明:不同流变特性的幂律流体的破碎模式的种类和形式不同;液膜的长宽比随着粘度的增大而增大,液膜的表面波波长随着射流韦伯数的增大而减小,液膜的破碎长度随着韦伯数的增大而先增大后减小,呈单峰状;随着射流韦伯数的增大,喷雾角先线性增大后趋于稳定,收敛值略大于碰撞角度。幂律流体的液滴的索太尔平均直径随着射流韦伯数的增大而减小,收敛值略大于牛顿流体,完全雾化所需要的射流压差远大于牛顿流体。速度场呈对称分布,中心轴处轴向速度最大,径向速度最小。研究射流参数对幂律流体雾化特征的影响。结果表明:在较小射流韦伯数下,两股射流存在偏心度时,会出现链状液膜,且偏心度越大,链结越短,两股射流长度不同时,会出现鱼骨模式;碰撞角度越大,则液膜的长宽比越小,喷雾角越大,破碎长度越短,对索太尔平均直径的收敛值影响较小;添加气流扰动能够促进雾化,增大液膜表面波的强度,使破碎模式更快发展,减小液膜宽度,但是会降低牛顿流体喷雾场的均匀性;添加了金属粒子的幂律流体的强度变低,破碎长度随韦伯数变化较小,最大破碎长度明显变小,进入各个破碎模式都相对更早,所需要的射流压差更低,破碎后液滴的索太尔平均直径的收敛值与不添加金属粒子的幂律流体基本相同,达到收敛的速度更快。
【关键词】：幂律流体 雾化特征 韦伯数 射流不对称度 金属粒子
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V434
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 双股射流碰撞雾化介绍10-11
• 1.3 雾化性能的表征11-15
• 1.4 牛顿流体的研究现状15-17
• 1.4.1 液膜特征和破碎模式的研究现状15-16
• 1.4.2 液滴特征的研究现状16
• 1.4.3 添加金属粒子的幂律流体的雾化特征16-17
• 1.4.4 幂律流体的理论研究17
• 1.5 雾化性能的表征17-20
• 1.6 课题的研究内容和意义20-22
• 第2章 试验系统与测量方法22-36
• 2.1 双股射流碰撞雾化系统22-28
• 2.1.1 压力-流量调节系统23-24
• 2.1.2 压力测量系统24-25
• 2.1.3 喷射系统25-26
• 2.1.4 方位调节系统26-27
• 2.1.5 气流扰动系统27-28
• 2.1.6 幂律流体输运系统28
• 2.2 试验系统操作步骤28-29
• 2.3 PIV测速仪的测量方法29-33
• 2.3.1 PIV的组成和测量原理30-32
• 2.3.2 PIV的运行调试32-33
• 2.4 雾化参数的测量方法33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 幂律流体的配制及流变特性36-42
• 3.1 引言36
• 3.2 幂律流体的配制36-38
• 3.3 流变特性的测量及分析38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 幂律流体的雾化特征42-62
• 4.1 射流参数的标定42-47
• 4.1.1 射流速度的标定42-45
• 4.1.2 碰撞角度的标定45-47
• 4.2 破碎模式及液膜特征47-57
• 4.2.1 牛顿流体的破碎模式47-49
• 4.2.2 幂律流体的破碎模式49-55
• 4.2.3 液膜的破碎长度55-56
• 4.2.4 喷雾角56-57
• 4.3 液滴的粒径特征57-59
• 4.4 液滴的速度场59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 射流参数对幂律流体雾化特征的影响62-78
• 5.1 射流不对称度对幂律流体雾化特征的影响62-65
• 5.1.1 射流偏心度对幂律流体雾化特征的影响62-64
• 5.1.2 射流长度不对称度对幂律流体雾化特征的影响64-65
• 5.2 碰撞角度对幂律流体雾化特征的影响65-67
• 5.3 添加气流扰动对雾化特征的影响67-74
• 5.3.1 对牛顿流体雾化特征的影响68-71
• 5.3.2 对幂律流体雾化特征的影响71-74
• 5.4 添加金属粒子对幂律流体雾化特征的影响74-77
• 5.5 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果83-85
• 致谢85

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本文编号：606504