射流界面结构失稳转捩的机理研究

发布时间：2022-11-10 19:00

　　射流是一种极为常见的流动形态,并被广泛应用于各种工程领域。在一些特殊生产加工中,如采矿、切割、清洗等,射流有着不可替代的重要优势。射流自喷嘴流出至失稳破碎是一个极为复杂的流动过程,同样也是流体相关研究领域内广受关注的重要基础内容之一。目前对液体射流的发展演变规律,特别是初始失稳破碎阶段,小尺度界面扰动结构的流动机理尚没有明确的认识。本文在国家自然科学基金项目“介观超高压射流的界面流动及失稳机理研究”（NO. 51176065）的资助下,运用数值模拟和可视化实验手段对高速液体射流气液界面初始失稳及破碎相关结构随时空演变规律及相关机理展开研究。论文主要工作及创新性研究成果如下:基于边界追踪的数值方法、多相流及湍流模型对连续射流自由表面结构的时空演变过程进行了数值演示。细致刻画了表面波、“液带”等初始扰动结构的产生、变形和破碎过程。依据模拟获得的射流二维及三维结构特征,提出将射流自喷嘴流出至发生初始破碎过程划分为界面稳定、界面失稳发展和界面分离破碎三个阶段,并初步获得了三个阶段的流向范围。结合涡量分析对射流表面结构演变进行了讨论,指出由气液界面速度分布不均匀所导致的界面压力脉动是诱发射流表面... 

【文章页数】：136 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 论文研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 液体射流稳定性
        1.2.2 液体射流初始变形及破碎
        1.2.3 边界条件影响机制
    1.3 课题的来源、研究目标及研究内容
        1.3.1 课题的来源
        1.3.2 课题的研究目标
        1.3.3 课题的研究内容
第二章 液体射流初始失稳破碎基础理论
    2.1 液体射流稳定性理论
        2.1.1 时间线性稳定性理论
        2.1.2 空间线性稳定性理论
    2.2 液体射流初始破碎相关基础理论
        2.2.1 液体射流破碎机制
        2.2.2 射流界面扰动结构的形成、发展和破碎
    2.3 本章小结
第三章 液体射流初始失稳破碎数值计算与分析
    3.1 数值计算理论
        3.1.1 计算方法比较与选择
        3.1.2 控制方程
    3.2 数值计算
        3.2.1 计算方法及边界条件
        3.2.2 网格划分
        3.2.3 网格数选择
    3.3 模拟结果
        3.3.1 液相体积分数
        3.3.2 射流界面结构
    3.4 本章小结
第四章 射流界面初始扰动结构可视化实验研究
    4.1 实验设备及主要参数选定
        4.1.1 高速成像系统及参数选定
        4.1.2 显微成像设备及参数选定
        4.1.3 射流速度测量系统及参数选定
    4.2 可视化实验系统
    4.3 图像后处理
        4.3.1 处理依据
        4.3.2 谱方法
        4.3.3 测量方法验证
        4.3.4 批处理
    4.4 实验结果
        4.4.1 射流图像
        4.4.2 测量结果及讨论
        4.4.3 与理论结果对比
    4.5 本章小结
第五章 喷嘴结构对射流初始扰动结构的影响机制
    5.1 喷嘴结构选型
    5.2 结构参数对射流界面初始不稳定影响机制
        5.2.1 喷嘴渐缩角的影响机制
        5.2.2 喷嘴长径比的影响机制
        5.2.3 喷嘴收缩比的影响机制
    5.3 本章小结
第六章 射流界面初始破碎可视化实验研究
    6.1 实验系统
    6.2 图像后处理方法
    6.3 实验结果
        6.3.1 射流界面结构随韦伯数变化规律
        6.3.2 指状结构向液带结构演变过程
        6.3.3 液带结构特征规律
        6.3.4 初始破碎形式
        6.3.5 射流轮廓统计规律
        6.3.6 喷嘴结构对初始破碎影响
    6.4 本章小结
第七章 结论和进一步研究展望
    7.1 全文工作总结
    7.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的相关研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]喷嘴结构调节毛细超高压射流流动特性[J]. 龚辰,杨敏官,王育立,陆金刚,闫龙龙.  工程热物理学报. 2016(02)
[2]在线混药喷雾系统混药性能试验[J]. 邱白晶,马靖,邓斌,欧鸣雄,董晓娅.  农业工程学报. 2014(17)
[3]嵌入中心体诱发空化射流的实验研究[J]. 康灿,周亮,杨敏官,王育立.  工程热物理学报. 2013(12)
[4]基于光强测量毛细超高压水射流集束性的实验研究[J]. 杨敏官,龚辰,王育立,陆金刚.  推进技术. 2014(01)
[5]超高压水射流切割声音特征提取与喷嘴移动速度控制[J]. 张军,赵德安,李雪峰,徐礼龙.  机械工程学报. 2013(18)
[6]超高压水射流破岩过程中的应力波效应分析[J]. 卢义玉,黄飞,王景环,刘小川.  中国矿业大学学报. 2013(04)
[7]甲醇低压喷射射流特性试验[J]. 贾丽冬,姚春德,侯亚帮,刘军恒,魏立江.  机械工程学报. 2012(20)
[8]速度对液滴撞击超疏水壁面行为特性的影响[J]. 杨宝海,王宏,朱恂,丁玉栋,周劲.  化工学报. 2012(10)
[9]气体射流冲击技术在食品领域中的应用[J]. 李文峰,肖旭霖.  食品科学. 2012(19)
[10]水力脉冲空化射流钻井技术适应性分析[J]. 付加胜,李根生,史怀忠,牛继磊,常德玉.  石油钻采工艺. 2012(05)



本文编号：3705127