气流中单液滴破碎过程及子液滴分布特性研究

发布时间：2018-03-02 09:48

  本文关键词： 单液滴 变形 液滴破碎机理 多元线性回归分析 BP神经网络　出处：《南京航空航天大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：为了研究气流中单液滴破碎机理并为液滴变形、破碎过程中出现的相关现象提供理论分析依据,对液滴流动破碎理论进行了实验研究。本文设计了一套能够研究不同流场结构下液滴变形、破碎过程的实验系统,探索了流场结构对液滴变形、破碎过程的影响规律;并设计了一种能够生成直径可调的液滴发生装置,用于研究横向气流中液滴初始直径对液滴变形、破碎形态的影响,并对液滴变形速率与液滴破碎模式的关系进行了研究;分析了薄盘形液滴沿气流方向厚度分布差异对液滴破碎形态的影响。本文设计了一套能够在短时间内产生气流的速度与温度可调且分布均匀的水平矩形管道实验系统,研究了热气流中单液滴变形、破碎特性以及变形阶段液滴的运动特性,为建立单液滴破碎区域中子液滴数目、子液滴SMD的数学模型提供帮助。并基于数字图像处理技术开发了一套油雾场数字图像处理程序,用于提取实验图像中液滴在变形过程中液滴变形长度、水平移动距离,以及液滴破碎完成后破碎区域中子液滴数目与不同位置处子液滴粒径。本文运用高速摄像机对矩形管道内横向均匀热气流中液核/袋状破碎模式、羽状/液膜稀释破碎模式以及剪切破碎模式下液滴变形、破碎过程及其子液滴分别进行了捕获,研究了气流温度、液滴初始直径对液滴破碎模式的影响;获得了液滴变形时间、破碎时间以及破碎总时间与气流温度、气动力、液滴初始直径之间的变化关系;获得破碎区域中子液滴质量百分比、液滴的破碎程度随气流温度、气动力、液滴初始直径的变化规律,以及液滴破碎区域几何特性随气动力的变化规律;提出了标准离差率子液滴空间均匀性分析模型,用于研究破碎区域中子液滴粒径、质量百分比的空间分布均匀性,为液滴空间分布均匀性的研究提供了一种新的数学处理方法;分析了三种破碎模式下液滴水平运动速度、加速度、曳力系数随变形时间、初始We数的变化关系。基于模糊数学理论,本文研究了三种破碎形态下液滴初始直径、气流速度、气流温度、气流密度对液滴破碎总时间、破碎区域中子液滴质量百分数、液滴破碎程度的敏感度随气动力的变化关系,为进一步认识气流中单液滴的破碎特性、建模过程中条件变量的选择提供帮助。基于数据挖掘的方法,根据大量实验数据,通过算法搜索隐藏于其中的重要信息,分别运用多元线性回归分析与非线性BP神经网络的数学方法,并将破碎区域分成一块与四块,对三种单液滴破碎模式下,以气流状态、液滴初始直径、时间变量、破碎区域面积为条件变量,以子液滴数目、子液滴SMD为目标变量建立单液滴破碎的数学模型。三种破碎模式下,两种数学模型对训练样本、预测样本都具有较好的计算结果,在获得了多元线性回归方程或非线性BP神经网络模型后,可以带入相应变量获得破碎区域中子液滴数目与子液滴SMD,具有较好的实用性,为燃油二次雾化过程中液滴分布模型以及燃烧数值仿真过程中液滴破碎模型的优化提供技术支持。并借助多元线性回归模型分析了条件变量对目标变量的影响能力以及变量之间的内在联系,其结果与通过模糊数学理论获得变量的影响能力相似,进一步表明本文所用的数学模型合理。
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【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O35
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本文编号：1556007