冪律流體液膜射流破碎機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、冪律流體液膜射流破碎機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究?jī)缏闪黧w液膜射流破碎機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究ExperimentalStudyontheBreakupofPowerlawLiquidSheetFmedbyTwoImpingingJets學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力機(jī)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(jī)械工程學(xué)院二零一三年十二月摘要射流破碎的機(jī)理研究既是一個(gè)經(jīng)典的流體力學(xué)問(wèn)題，又對(duì)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(jiǎn)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(dòng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)中，而冪律流體作為一種新型的推進(jìn)劑類型，兼?zhèn)涔腆w和液體推進(jìn)劑的優(yōu)勢(shì)。本文以冪律流體的撞擊式液膜射流為對(duì)象，研究其破碎過(guò)程和規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)對(duì)射流破碎的有效控制，優(yōu)化燃燒過(guò)程的組織。設(shè)計(jì)和搭建了包括流體增壓和輸運(yùn)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(cè)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(zhǎng)

3、度、表面波的波長(zhǎng)、噴霧錐角和液膜特征等）信息，利用相位多普勒系統(tǒng)測(cè)量粒子的三維速度場(chǎng)和粒度大小及分布信息。實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)寬比以及液膜最大的長(zhǎng)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(zhǎng)隨射流速度的增加而減小；隨著射流速度的增加，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(zhǎng)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(jìn)入湍流狀態(tài)后，破碎長(zhǎng)度隨著射流速度的增加而減?。浑S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(duì)稱性分布；水的徑向速度U沿X軸的對(duì)稱性不及軸向速度，對(duì)于冪律流體而言對(duì)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(duì)稱性也在下降；撞擊夾角增大，U，W

5、以及SMD逐漸減??；隨著噴射壓力的提高，SMD呈減小的趨勢(shì)；相同的噴射壓力下，沿X軸向兩側(cè)SMD總體呈增加的趨勢(shì)，向下游方向SMD變化不大總體呈減小趨勢(shì)；射流速度足夠大時(shí)，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(jìn)入完全發(fā)展?fàn)顟B(tài)X0不再減小，無(wú)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