圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性及破碎研究.pdf

1、壓力旋流噴嘴被廣泛應用于航空發(fā)動機、船用發(fā)動機、車用汽油缸內(nèi)直噴(GDI)發(fā)動機、燃氣輪機等動力機械的燃油噴射系統(tǒng)中。射流穩(wěn)定性對液體射流的破碎與霧化具有決定性作用。論文以壓力旋流噴嘴射流為研究對象，開展了圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性問題研究;研究工作可以深化對圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性及其影響因素和影響規(guī)律的理解，為圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流的控制及利用研究提供依據(jù)。
　　建立了三維非軸對稱擾動下具有固體渦核型旋轉(zhuǎn)速度分布的圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性

2、液體射流色散方程，對色散方程進行了空間模式數(shù)值求解。在此基礎(chǔ)上，進行了圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流反對稱與對稱占優(yōu)模式分析、圓環(huán)粘性液體射流旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性分析、液體粘性對非軸對稱擾動下圓環(huán)旋轉(zhuǎn)液體射流穩(wěn)定性作用分析、射流旋轉(zhuǎn)對表面張力對射流穩(wěn)定性作用影響分析、表面張力和射流曲率對射流旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性作用影響分析。通過研究，明確了圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流擾動占優(yōu)模式以及射流旋轉(zhuǎn)強度、射流內(nèi)外部氣體軸向運動、射流液體粘性和表面張力、環(huán)形射流曲率等對圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液

3、體射流穩(wěn)定性的作用。
　　采用常數(shù)變易法，對m階非齊次修正貝塞爾方程進行了解析求解;推導出存在溫度擾動的圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流能量擾動控制方程的解析解和邊界條件以及描述射流自由面擾動發(fā)展的色散方程;對色散方程解的存在性和唯一性進行了證明。在此基礎(chǔ)上，進行了存在溫度擾動的圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流的穩(wěn)定性分析。通過研究，明確了溫度擾動的存在對圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流最大擾動增長率、最不穩(wěn)定頻率和不穩(wěn)定截斷頻率的影響，對射流擾動占優(yōu)模式的影響，以

4、及射流與周圍環(huán)境氣體溫差、貝克來數(shù)Pe、表面張力溫度變化率等對圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性的作用。
　　采用攝動方法，在三維非軸對稱擾動條件下，推導出具有固體渦核型旋轉(zhuǎn)速度分布的圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流二階擾動控制方程和二階擾動邊界條件;建立了描述圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性的二階色散方程。在此基礎(chǔ)上，對一階和二階擾動在圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性中的作用、空氣動力學作用對圓環(huán)粘性液體射流界面穩(wěn)定性的影響以及圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流非線性穩(wěn)定性

5、進行了分析。通過研究，明確了非線性穩(wěn)定性理論在預測圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流破碎中的作用，空氣動力學作用對圓環(huán)粘性液體射流界面穩(wěn)定性的影響，以及射流旋轉(zhuǎn)強度、氣液密度比、圓環(huán)射流曲率、射流液體粘度等對圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流界面發(fā)展以及射流破碎長度的影響。
　　采用最大熵原理方法對圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流破碎液滴粒徑與速度的數(shù)量密度分布進行了研究，推導出圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流破碎液滴粒徑與速度聯(lián)合概率密度函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，對破碎液滴粒徑與速度聯(lián)合

6、概率密度函數(shù)進行了討論;對圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流破碎液滴粒徑和速度的數(shù)量密度分布特性、破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布與速度數(shù)量密度分布的相關(guān)性以及液滴碰撞和蒸發(fā)對破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布的影響等進行了分析。通過研究，明確了射流旋轉(zhuǎn)強度、射流韋伯數(shù)、氣液速度比、氣液密度比等無量綱射流參數(shù)對圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布和速度數(shù)量密度分布的影響，破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布與速度數(shù)量密度分布的相關(guān)性，以及破碎液滴碰撞強度、蒸發(fā)強度或蒸發(fā)持

7、續(xù)作用時間等對破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布粒徑范圍、破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布峰值等的影響和作用。
　　搭建了壓力旋流噴嘴射流穩(wěn)定性研究實驗系統(tǒng);提出了基于傅里葉變換的壓力旋流噴嘴射流振蕩頻率提取方法以及基于攝影和圖像處理的壓力旋流噴嘴射流形態(tài)、射流破碎長度和射流錐角提取方法。在此基礎(chǔ)上，利用激光衍射方法和攝影方法對壓力旋流噴嘴射流穩(wěn)定性進行了實驗研究。通過研究，明確了不同射流流量、不同射流液體物性、不同噴嘴出口內(nèi)徑時壓力旋流噴嘴射流的