二维剪切气流中液体横向射流破碎研究
发布时间：2021-01-20 17:35
航空发动机燃烧室中,液体燃料在气动力及射流不稳定性的共同作用下破碎形成液滴。液体燃料的雾化过程、特别是初始雾化过程非常复杂,至今无法建立准确的初始雾化模型。本文从理论和实验两方面对液体横向射流的破碎机理以及破碎过程进行研究。理论研究采用线性不稳定性分析法,分别在忽略射流粘性（工质为水）及考虑射流粘性（工质为水、酒精及甘油水混合物）时对射流的色散方程进行推导。根据表面波的增长率及波数的发展情况对射流的破碎做出预测。实验研究采用高速摄影仪,通过观测破碎动态过程,分析射流破碎的特性。工质为水,射流直径为1mm。研究结果表明:无粘液体射流表面波增长率由射流速度剪切、横向气动力及液体表面张力主导。气体韦伯数或液体韦伯数增大时,射流表面波的增长率显著增加,同时最佳波长明显减小。临界液气动量比表示Rayleigh-Taylor（R-T）与Kelvin-Helmholtz（K-H）何种不稳定性主导射流破碎过程。液气动量比大于临界值时,K-H不稳定性占主导作用;反之,R-T不稳定性占主导作用。二维剪切气流在射流方向上具有速度梯度,气体韦伯数与液体韦伯数对射流破碎的作用与均匀气流相似;而剪切气流只改变横向...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
发动机主燃区污染物排放量与温度关系图[5]
??哂懈?叩幕繁Ｐ阅埽?臀廴救忌帐壹际跏堑鼻案鞴?芯康?热点问题。从1970年左右开始，全球知名燃气轮机公司开始了对高推力情况下的低NOx排放的研究。经过几十年的发展，在低排放先进燃烧技术发展方面取得了一些可指导工程实践的研究成果[6]。液体射流横向喷射雾化迅速、可调喷射位置且结构简单，可以有效地应用于低污染燃烧室中[7]。例如，NASA的高速民机（HSCT）项目集中研究了未来超音速民机发动机拟采用的低污染燃烧室，包括贫油直接喷射（LDI）燃烧室及贫油预混预蒸发（LPP）燃烧室。其中，在贫油直接喷射燃烧室（图1-2）中，空气经过径向旋流器后，燃油在其中进行喷射，与横向射流结构具有很高的相似性。而在贫油预混预蒸发燃烧室的燃油预蒸发预混管（图1-3）中，燃油也以横向喷雾方式在高温空气帮助下蒸发并混合，能够达到更好的掺混效果。此外，钝体稳焰器的近壁耦合燃料喷嘴同样采用液体横向射流[8]。图1-2典型LDI喷嘴图1-3LPP典型预混预蒸发管未来低污染低排放燃烧室的发展方向以及研究重点为燃油直接喷入预混预蒸发装置中，在与空气充分混合之后形成混合油气从而完成燃烧。这就要求深入地研究燃油在气流中的雾化、破碎、蒸发等状态以及油气的混合情况，从而既能提升燃烧室的性能又可以控制污染物的排放，增强燃烧稳定性。同时，在航空发动机燃烧室内，气体来流往往是非均匀、湍流数较大的，并且燃油是粘性较大的，因此，为了使研究的相关结果在实际工程中得到有效的应用，必须研究在较为复杂的非均匀气流中以及考虑液体的相关物性参数下的雾化破碎机理。在目前气流中射流雾化破碎研究方面，以非均匀气流场中的有粘射流破碎雾化研究最受关注，因此本课题将重点研究该内容。
污染燃烧室中[7]。例如，NASA的高速民机（HSCT）项目集中研究了未来超音速民机发动机拟采用的低污染燃烧室，包括贫油直接喷射（LDI）燃烧室及贫油预混预蒸发（LPP）燃烧室。其中，在贫油直接喷射燃烧室（图1-2）中，空气经过径向旋流器后，燃油在其中进行喷射，与横向射流结构具有很高的相似性。而在贫油预混预蒸发燃烧室的燃油预蒸发预混管（图1-3）中，燃油也以横向喷雾方式在高温空气帮助下蒸发并混合，能够达到更好的掺混效果。此外，钝体稳焰器的近壁耦合燃料喷嘴同样采用液体横向射流[8]。图1-2典型LDI喷嘴图1-3LPP典型预混预蒸发管未来低污染低排放燃烧室的发展方向以及研究重点为燃油直接喷入预混预蒸发装置中，在与空气充分混合之后形成混合油气从而完成燃烧。这就要求深入地研究燃油在气流中的雾化、破碎、蒸发等状态以及油气的混合情况，从而既能提升燃烧室的性能又可以控制污染物的排放，增强燃烧稳定性。同时，在航空发动机燃烧室内，气体来流往往是非均匀、湍流数较大的，并且燃油是粘性较大的，因此，为了使研究的相关结果在实际工程中得到有效的应用，必须研究在较为复杂的非均匀气流中以及考虑液体的相关物性参数下的雾化破碎机理。在目前气流中射流雾化破碎研究方面，以非均匀气流场中的有粘射流破碎雾化研究最受关注，因此本课题将重点研究该内容。
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空器碳排放扩散模型研究及减碳效果分析[J]. 王维,郭瑞. 环境工程. 2016(08)
[2]“后2013”中国民航可持续发展形势及对策[J]. 马湘山. 中国民用航空. 2014(01)
[3]横向气流中液体圆柱射流的破碎特性和表面波现象[J]. 王雄辉,黄勇,王方,王少林,刘志林. 航空动力学报. 2012(09)
[4]横向气流中液体射流袋式破碎机理[J]. 王雄辉,黄勇,王方,王少林,刘志林. 推进技术. 2012(02)
[5]30年来中国民航运输行业的大气污染物排放[J]. 何吉成. 环境科学. 2012(01)
[6]欧盟航空碳排放交易制度及其启示[J]. 胡晓红. 法商研究. 2011(05)
[7]横向气流中的液体圆形射流破碎实验[J]. 朱英,黄勇,王方,王雄辉. 航空动力学报. 2010(10)
[8]旋流预混预蒸发装置蒸发和排放特性[J]. 钟华贵,朱涛. 航空动力学报. 2008(07)
[9]蒸发液体射流表面三维不稳定色散方程的建立[J]. 魏明锐,刘斐,文华,刘永长,张煜盛. 内燃机学报. 2005(05)
[10]粘性气体中粘性液体射流分裂与雾化机理研究[J]. 严春吉,解茂昭,殷佩海. 空气动力学学报. 2004(04)
博士论文
[1]粘性液体射流分裂雾化机理及喷雾特性研究[D]. 易世君.大连理工大学 1996
本文编号：2989472
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
发动机主燃区污染物排放量与温度关系图[5]
??哂懈?叩幕繁Ｐ阅埽?臀廴救忌帐壹际跏堑鼻案鞴?芯康?热点问题。从1970年左右开始，全球知名燃气轮机公司开始了对高推力情况下的低NOx排放的研究。经过几十年的发展，在低排放先进燃烧技术发展方面取得了一些可指导工程实践的研究成果[6]。液体射流横向喷射雾化迅速、可调喷射位置且结构简单，可以有效地应用于低污染燃烧室中[7]。例如，NASA的高速民机（HSCT）项目集中研究了未来超音速民机发动机拟采用的低污染燃烧室，包括贫油直接喷射（LDI）燃烧室及贫油预混预蒸发（LPP）燃烧室。其中，在贫油直接喷射燃烧室（图1-2）中，空气经过径向旋流器后，燃油在其中进行喷射，与横向射流结构具有很高的相似性。而在贫油预混预蒸发燃烧室的燃油预蒸发预混管（图1-3）中，燃油也以横向喷雾方式在高温空气帮助下蒸发并混合，能够达到更好的掺混效果。此外，钝体稳焰器的近壁耦合燃料喷嘴同样采用液体横向射流[8]。图1-2典型LDI喷嘴图1-3LPP典型预混预蒸发管未来低污染低排放燃烧室的发展方向以及研究重点为燃油直接喷入预混预蒸发装置中，在与空气充分混合之后形成混合油气从而完成燃烧。这就要求深入地研究燃油在气流中的雾化、破碎、蒸发等状态以及油气的混合情况，从而既能提升燃烧室的性能又可以控制污染物的排放，增强燃烧稳定性。同时，在航空发动机燃烧室内，气体来流往往是非均匀、湍流数较大的，并且燃油是粘性较大的，因此，为了使研究的相关结果在实际工程中得到有效的应用，必须研究在较为复杂的非均匀气流中以及考虑液体的相关物性参数下的雾化破碎机理。在目前气流中射流雾化破碎研究方面，以非均匀气流场中的有粘射流破碎雾化研究最受关注，因此本课题将重点研究该内容。
污染燃烧室中[7]。例如，NASA的高速民机（HSCT）项目集中研究了未来超音速民机发动机拟采用的低污染燃烧室，包括贫油直接喷射（LDI）燃烧室及贫油预混预蒸发（LPP）燃烧室。其中，在贫油直接喷射燃烧室（图1-2）中，空气经过径向旋流器后，燃油在其中进行喷射，与横向射流结构具有很高的相似性。而在贫油预混预蒸发燃烧室的燃油预蒸发预混管（图1-3）中，燃油也以横向喷雾方式在高温空气帮助下蒸发并混合，能够达到更好的掺混效果。此外，钝体稳焰器的近壁耦合燃料喷嘴同样采用液体横向射流[8]。图1-2典型LDI喷嘴图1-3LPP典型预混预蒸发管未来低污染低排放燃烧室的发展方向以及研究重点为燃油直接喷入预混预蒸发装置中，在与空气充分混合之后形成混合油气从而完成燃烧。这就要求深入地研究燃油在气流中的雾化、破碎、蒸发等状态以及油气的混合情况，从而既能提升燃烧室的性能又可以控制污染物的排放，增强燃烧稳定性。同时，在航空发动机燃烧室内，气体来流往往是非均匀、湍流数较大的，并且燃油是粘性较大的，因此，为了使研究的相关结果在实际工程中得到有效的应用，必须研究在较为复杂的非均匀气流中以及考虑液体的相关物性参数下的雾化破碎机理。在目前气流中射流雾化破碎研究方面，以非均匀气流场中的有粘射流破碎雾化研究最受关注，因此本课题将重点研究该内容。
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空器碳排放扩散模型研究及减碳效果分析[J]. 王维,郭瑞. 环境工程. 2016(08)
[2]“后2013”中国民航可持续发展形势及对策[J]. 马湘山. 中国民用航空. 2014(01)
[3]横向气流中液体圆柱射流的破碎特性和表面波现象[J]. 王雄辉,黄勇,王方,王少林,刘志林. 航空动力学报. 2012(09)
[4]横向气流中液体射流袋式破碎机理[J]. 王雄辉,黄勇,王方,王少林,刘志林. 推进技术. 2012(02)
[5]30年来中国民航运输行业的大气污染物排放[J]. 何吉成. 环境科学. 2012(01)
[6]欧盟航空碳排放交易制度及其启示[J]. 胡晓红. 法商研究. 2011(05)
[7]横向气流中的液体圆形射流破碎实验[J]. 朱英,黄勇,王方,王雄辉. 航空动力学报. 2010(10)
[8]旋流预混预蒸发装置蒸发和排放特性[J]. 钟华贵,朱涛. 航空动力学报. 2008(07)
[9]蒸发液体射流表面三维不稳定色散方程的建立[J]. 魏明锐,刘斐,文华,刘永长,张煜盛. 内燃机学报. 2005(05)
[10]粘性气体中粘性液体射流分裂与雾化机理研究[J]. 严春吉,解茂昭,殷佩海. 空气动力学学报. 2004(04)
博士论文
[1]粘性液体射流分裂雾化机理及喷雾特性研究[D]. 易世君.大连理工大学 1996
本文编号：2989472
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