冪律流體液膜射流破碎機理的實驗研究.pdf

1、冪律流體液膜射流破碎機理的實驗研究冪律流體液膜射流破碎機理的實驗研究ExperimentalStudyontheBreakupofPowerlawLiquidSheetFmedbyTwoImpingingJets學(xué)科專業(yè)：動力機械及工程作者姓名：伊吉明指導(dǎo)教師：杜青研究員天津大學(xué)機械工程學(xué)院二零一三年十二月摘要射流破碎的機理研究既是一個經(jīng)典的流體力學(xué)問題，又對其廣泛的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域具有指導(dǎo)意義。撞擊式液膜射流的破碎因其結(jié)構(gòu)簡單，霧化效果好

2、，成本低和可靠性好等被廣泛應(yīng)用在液體火箭發(fā)動機的燃燒系統(tǒng)中，而冪律流體作為一種新型的推進劑類型，兼?zhèn)涔腆w和液體推進劑的優(yōu)勢。本文以冪律流體的撞擊式液膜射流為對象，研究其破碎過程和規(guī)律，以實現(xiàn)對射流破碎的有效控制，優(yōu)化燃燒過程的組織。設(shè)計和搭建了包括流體增壓和輸運系統(tǒng)、撞擊式平面液膜射流系統(tǒng)、脈沖控制系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)、相位多普勒系統(tǒng)和廢料回收系統(tǒng)在內(nèi)的光學(xué)測試系統(tǒng)，其中利用高速攝像系統(tǒng)拍攝光學(xué)陰影圖片，分析提取破碎模式和破碎特征（破碎長

3、度、表面波的波長、噴霧錐角和液膜特征等）信息，利用相位多普勒系統(tǒng)測量粒子的三維速度場和粒度大小及分布信息。實驗結(jié)果表明，不同流變特性的冪律流體出現(xiàn)的破碎模式的種類和形式不同；液膜的長寬比以及液膜最大的長寬比隨著粘度的增加而變大，液膜邊緣的厚度與噴嘴出口直徑相當(dāng)，表面波的波長隨射流速度的增加而減?。浑S著射流速度的增加，側(cè)面方向的噴霧錐角逐漸增加并趨于穩(wěn)定，收斂值小于撞擊夾角；破碎長度的變化規(guī)律與流變特性相關(guān)，隨著射流速度的增加，0.15w

4、t%和0.25wt%的冪律流體出現(xiàn)了雙峰模式，而0.35wt%和0.5wt%的冪律流體出現(xiàn)的是單峰模式，進入湍流狀態(tài)后，破碎長度隨著射流速度的增加而減小；隨著噴射壓力的增加，軸向速度W逐漸增大，沿X軸向兩側(cè)逐漸減小并趨于穩(wěn)定，呈對稱性分布；水的徑向速度U沿X軸的對稱性不及軸向速度，對于冪律流體而言對稱性消失；徑向速度V在零附近；相同壓力下，向下游方向軸向速度逐漸減小且衰減速度也在減小，徑向速度U減小且對稱性也在下降；撞擊夾角增大，U，W

5、以及SMD逐漸減?。浑S著噴射壓力的提高，SMD呈減小的趨勢；相同的噴射壓力下，沿X軸向兩側(cè)SMD總體呈增加的趨勢，向下游方向SMD變化不大總體呈減小趨勢；射流速度足夠大時，水的SMDD趨近于0.13，0.35wt%的冪律流體SMDD趨近于0.18；粒徑分布符合RosinRammler分布，噴射壓力越大Rosin直徑X0越小，進入完全發(fā)展?fàn)顟B(tài)X0不再減小，無論是冪律流體還是牛頓流體X0SMD=1.3~1.5，隨著噴射壓力和軸向位置的變化均