空心圓錐霧化噴嘴噴霧實驗與數(shù)值研究.pdf

1、本文研究工作的主要目的是通過實驗與數(shù)值模擬方法研究空心圓錐霧化噴嘴的噴霧特性。為此,在上海交通大學(xué)葉輪機械研究所設(shè)計建立了一通用噴霧實驗系統(tǒng)平臺。該通用噴霧實驗系統(tǒng)平臺依靠離心水泵提供噴射壓力0-20bar、流量0-1000kg/h之間的無級調(diào)節(jié)噴射水源。利用實驗室通風(fēng)風(fēng)機無級調(diào)節(jié)引風(fēng)風(fēng)速與流量,消除了位于靜止空氣中噴霧液滴的翻卷、反彈,為噴霧實驗測量創(chuàng)造了良好的條件。在通用噴霧實驗系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上,首先完成了對本文研究的空心圓錐霧化噴嘴

2、壓力—質(zhì)量流率曲線的標(biāo)定,為進一步的噴嘴噴霧實驗與數(shù)值模擬提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文的研究工作可以歸納為以下兩個方面:
　　(一)單空心圓錐霧化噴嘴噴霧實驗測量與數(shù)值模擬分析采用粒子圖像速度儀PIV完成了單個空心圓錐霧化噴嘴在四個噴射壓力P=4、8、12、16bar工況下,經(jīng)過噴孔軸線豎直平面的噴霧液滴實驗測量;獲得了噴霧液滴的總體速度信息、軸向速度分量、徑向速度分量以及噴霧液滴與周圍空氣發(fā)生卷吸產(chǎn)生的渦量分布。分析討論了在不同噴

3、射壓力工況下空心圓錐霧化噴嘴的噴霧特性。在PIV實驗測量獲得的噴霧液滴圖像基礎(chǔ)上,采用PTV分析,獲得了兩個低噴射壓力工況下的噴霧液滴速度與粒徑信息。采用FLUENT軟件,對四個實驗工況下的空心圓錐霧化噴嘴噴霧特性完成了二維數(shù)值模擬分析。噴霧模擬采用線性不穩(wěn)定液膜霧化模型,結(jié)合歐拉-拉格朗日耦合算法,分別模擬空氣與噴霧液滴流場,獲得了四個噴射壓力下噴霧液滴的軸向速度分量、徑向速度分量、液滴平均粒徑以及位于噴孔出口下方四個軸向距離X=10

4、、20、40、80mm半徑方向上的液滴平均粒徑離散數(shù)量概率分布。結(jié)果表明,數(shù)值模擬方法基本上可以實現(xiàn)空心圓錐霧化噴嘴的噴霧特性模擬。數(shù)值模擬為進一步研究空心圓錐霧化噴嘴在不同噴射壓力工況下的噴霧特性提供了重要參考數(shù)據(jù)。將噴射壓力P=4bar工況下的噴霧液滴軸向速度分量、徑向速度分量的PTV分析結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進行了對比,兩者在量上基本吻合。
　　(二)雙空心圓錐霧化噴嘴噴霧相互干涉實驗測量與數(shù)值模擬分析利用雙模相位多譜勒速度儀D

5、ual PDA測量了兩個空心圓錐霧化噴嘴平行布置,噴孔軸線水平距離D=40mm、噴射壓力P=8bar時噴霧相互干涉條件下,距離噴孔出口軸向距離Z=40mm一水平面內(nèi)的噴霧液滴,獲得了液滴的二維速度與粒徑信息。分析討論了該測量面內(nèi)的液滴軸向速度分布、徑向速度分布、平均粒徑D10分布、索特平均粒徑D32分布、平均粒徑D10的離散數(shù)量概率分布以及平均粒徑D10與軸向速度相關(guān)分布。對認(rèn)識兩個空心圓錐霧化噴嘴噴平行布置時,相互干涉的噴霧在水平面內(nèi)

6、的噴霧特性提供了參考。采用因次實驗設(shè)計方法,對兩個噴射壓力、兩個噴孔軸線水平距離四個工況下,兩噴孔軸線所形成的豎直平面內(nèi)的噴霧液滴進行了粒子圖像速度儀PIV實驗測量分析。獲得了兩個噴嘴噴霧相互交叉、干涉時的液滴總體速度信息、軸向速度分量、徑向速度分量以及噴霧液滴與周圍空氣發(fā)生卷吸產(chǎn)生的渦量分布。初步探討了兩個空心圓錐霧化噴嘴噴霧交叉區(qū)域的噴霧特性。采用FLUENT軟件,對兩個空心圓錐霧化噴嘴平行布置,噴孔軸線水平距離D=40mm、噴射壓