刘俊[1]2002年在《含能液体喷射雾化特性的实验与理论研究》文中提出本文以再生式液体发射药火炮(RLPG)为工程背景，围绕RLPG内弹道循环的关键问题—液体药喷射及雾化过程开展基础研究，针对国产HY911液体发射药，系统地进行了喷雾场液滴尺寸分布的测试、理论建模与数值模拟。 利用含能液体喷射雾化模拟装置及其全息摄影系统，得到了多种工况下液体药射流喷雾场的全息照片，揭示了喷雾场中液滴轴向和径向分布规律，分析了喷射压力、喷嘴形状、液体粘度等对射流破碎的影响。 采用最大熵原理，推导出喷雾场液滴体积分布函数。使用不稳定波理论，建立了射流初始破碎的简化模型，采用射流嵌入法(JE)进行了数值计算，得到了HY911射流核形状、速度分布以及液滴尺寸的初始分布。在此基础上，考虑二次雾化以及液滴之间的碰撞，建立了含能液体喷雾场液滴尺寸分布的数学模型，并进行了数值模拟。针对HY911圆柱形射流和环形射流，计算出雾化液滴Sauter平均直径以及轴向和径向液滴尺寸分布，计算结果与实验数据吻合较好。
万丽颖[2]2015年在《高压环境下含能液体喷射雾化特性及其影响因素分析》文中研究说明液体发射药主要运用于液体随行装药火炮、液体发射药火炮之中,其作用主要是通过液体发射药燃烧产生火药气体为弹丸提供推力。而液体发射药的雾化燃烧及其稳定性,对保证液体发射药火炮、液体随行装药火炮内弹道性能至关重要。因此,本文对环形、圆柱形两种喷嘴结构在高压环境中,含能液体的喷射雾化特性进行了数值模拟,研究了不同环境压力、不同喷嘴结构和喷嘴尺寸对喷射雾化的影响。基于某高压下液体射流破碎雾化特性实验研究,建立了一种二维非稳态气液两相流模型。采用欧拉法,结合k-ε湍流双向模型及流体流动基本方程等,模拟了喷嘴结构、喷嘴尺寸、环境压力不同时,液体射流在喷雾场中发展的过程,并分析了不同嘴结构、喷嘴尺寸、环境压力下液体射流内部结构、射流破碎点及聚合点的变化规律。基于某含能液体喷射雾化特性的实验研究,采用FLUENT离散相DPM模型建立了一种二维非稳态模型。其中,液滴的粒径及其粒径分布由Rosin-Rammler粒径分布函数表示,液体破碎模型为WAVE模型。模型采用拉格朗日粒子追踪法,模拟了不同喷射压力以及环境压力下,环形含能液体射流雾化特性,并分析了不同喷射压力以及环境压力下,液滴索特平均直径以及轴向液滴索特平均直径分布。以液体随行装药火炮液体药燃烧时,弹丸向前运动,弹后空间增加,膛内压力变化为背景,建立了一种动网格二维非稳态气液两相流模型。采用UDF定义网格运动规律,模拟了不同网格运动速度下,含能液体射流喷射雾化过程。
赵娜[3]2013年在《液体工质在小尺度空间喷雾特性的实验研究与数值模拟》文中研究指明小推力液体火箭发动机已广泛应用于航天飞机、飞船、动能拦截器、卫星、多级运载器之中,其作用主要是轨道修正、姿态控制、航天器的对接和交会、着陆等,是现代空间飞行器中不可缺少的组成部分。而正确地组织燃料在液体火箭发动机中的雾化燃烧过程,对提高发动机的工作可靠性、工作寿命、经济性和稳定性具有重要的意义。本文以小尺度液体火箭发动机为背景,针对HAN基液体推进剂模拟工质,设计了叁种喷嘴结构：离心式喷嘴,撞击式喷嘴和空气雾化喷嘴,就其在大气环境中和小尺度模拟燃烧室内的喷射喷雾特性进行了相关实验和数值模拟研究。主要研究内容及成果如下：(1)采用高速录像系统对离心式喷嘴的喷雾锥角特性进行了定量测试。结果表明：不同结构的离心式喷嘴,其喷雾锥角均随着喷射压力的升高而增加；双旋流槽离心式喷嘴,其喷雾锥角随HAN基液体推进剂模拟工质粘度的增加先增大后减小；四旋流槽离心式喷嘴,其喷雾锥角随液体工质粘度的增加而线性减小；在相同的喷射压力和液体工质粘度条件下,喷嘴出口直径越大,喷雾锥角越大。(2)采用粒子动态分析仪(PDA)实验系统对离心式喷嘴在大气环境中和小尺度模拟燃烧室内雾化参数的分布特性进行了实验测量。结果表明：对于不同喷口直径的离心式喷嘴,HAN基液体推进剂模拟工质雾化场液滴索特尔平均直径D32均随着喷射压力的升高而减小；在相同的喷射压力下,喷口直径越小,液滴粒径D32越小；对于喷口直径Du=1mm的离心式喷嘴,雾化场液滴轴向速度vz沿轴向先减小后基本不变；对于喷口直径Du=2mm的离心式喷嘴,雾化场液滴轴向速度vz沿轴向先增大后减小。(3)采用PDA实验系统对撞击式喷嘴在大气环境中和小尺度模拟燃烧室内雾化参数的分布特性进行了实验测量。结果表明：HAN基液体推进剂模拟工质雾化场液滴算术平均直径D1o和索特尔平均直径D32沿轴向逐渐增加,而液滴vz沿轴向逐渐减小；喷射压力越大,液滴平均直径越小；在0.8-1.8MPa范围内,液滴轴向速度vz随喷射压力升高而增大；在1.8-2.6MPa范围内,液滴vz变化较小。在相同的喷射压力条件下,液体模拟工质粘度越大,液滴D10、D32值越大,而液滴轴向速度v=值越小。此外,在相同的喷射压力和液体模拟工质粘度条件下,小尺度模拟燃烧室内雾化场液滴平均直径和轴向速度轴均大于大气环境中的值。(4)采用PDA实验系统对空气雾化喷嘴在大气环境中和小尺度模拟燃烧室内雾化参数的分布特性进行了实验测量。结果表明：HAN基液体推进剂模拟工质雾化场液滴平均直径D10和D32沿轴向波动增加,液滴轴向速度v=沿轴向是逐渐减小的；当液体喷射压力不变时,气体喷射压力越高,液滴D10、D32值越小,液滴vz越大；当气体喷射压力不变时,液体喷射压力越大,液滴D10、D32值越大,而液体喷射压力对液滴vz的影响较小。(5)引入统计学中的离散系数,对离心式喷嘴、撞击式喷嘴和空气雾化喷嘴在大气环境中和小尺度模拟燃烧室内的雾化场参数的空间分布均匀性进行了定量分析研究。结果表明：喷射压力和壁面限制作用都会对雾化场参数分布均匀性产生影响。离心式喷嘴和空气雾化喷嘴雾化场液滴参数在大气环境中周向分布均匀性优于小尺度模拟燃烧室内的。而撞击式喷嘴雾化场液滴平均直径在小尺度模拟燃烧室内分布均匀性优于大气环境中；在r<12mm的径向范围内,小尺度模拟燃烧室内液滴轴向速度的分布均匀性较好；在r>15mm的径向范围内,大气环境中液滴轴向速度的分布均匀性优于小尺度模拟燃烧室内。(6)基于VOF模型,建立了一种叁维非稳态气液两相流模型,对离心式喷嘴内HAN基液体推进剂模拟工质流动特性进行了数值模拟研究。模拟结果表明：该模型可以捕捉到离心式喷嘴内的气液界面变化；旋流室内的空气核在周围液体带动下旋转,并在气液交界面形成气液掺混带；喷雾锥角随着时间推移逐渐减小,并趋于稳定；旋流室越长,喷雾锥角越小；旋流室收缩角越小,喷雾锥角越小；液体模拟工质粘度越大,喷雾锥角越小。喷雾锥角的数值模拟结果和实验结果吻合较好。(7)在离心式喷嘴实验基础上,采用离散相DPM模型建立了一种叁维非稳态模型,对HAN基液体推进剂模拟工质在大气环境中和小尺度模拟燃烧室内喷雾特性进行了数值模拟。模拟结果表明：增大液体喷射压力有助于细化雾化场液滴粒径和提高液滴运动速度；增大液体粘度恶化雾化效果；在相同的喷射条件下,小尺度模拟燃烧室内液滴粒径小于大气环境中,液滴轴向速度在两种喷射环境中相差较小。离心式喷嘴雾化场参数的数值模拟结果和实验结果吻合较好,说明所建立的模型可以对离心式喷嘴喷雾特性进行定量研究。(8)在撞击式喷嘴实验基础上,采用DPM模型建立了一种二维非稳态模型,对HAN基液体推进剂模拟工质在大气环境中和小尺度模拟燃烧室内的喷雾特性进行了数值模拟。模拟结果表明：在大气环境中,撞击射流在撞击点后,形成了以撞击点为顶点的对称锥形雾化场分布,液相质量分数在空间呈现“梭形”分布；撞击角度越大,液滴群沿径向扩散范围越大,雾化场中心的小颗粒液滴也越多；液体工质粘度越大,液滴D32越大,而液滴vz越小。在小尺度模拟燃烧室内,受壁面限制,液相质量分数分布不像大气环境中那样的“长梭形”,而是扩张为“扇形”；撞击角度越大,液滴D32越小,液滴v=也越小。在相同的喷射压力下,大气环境中液滴D32和vz小于小尺度模拟燃烧室内。撞击式喷嘴雾化参数的数值模拟结果和实验结果具有较好的吻合性,说明采用该模型可以对撞击式喷嘴进行定量模拟。
刘焜[4]2016年在《HAN基液体推进剂喷雾及电点火特性的实验研究与数值模拟》文中认为目前,世界各航天大国正在竞相开发比冲高、结构紧凑、环保性好、成本低廉的微小推力液体火箭发动机。本文以此为工程背景,开展绿色高能HAN基单元液体推进剂在小尺度空间喷雾及电点火特性研究。主要研究内容及成果如下:(1)采用叁维相位多普勒粒子动态测试仪(PDA),针对HAN基液体推进剂模拟工质,分别测量了大气环境下和模拟燃烧室内双股自击式喷嘴的喷雾场特性参数。结果表明:喷射压力越大,液滴平均直径D32越小,雾化效果越好;在近喷嘴端液滴直径脉动较大,随着向下游扩展,脉动逐渐减小;喷雾场中液滴轴向速度在周向上呈双峰分布,α=90°和270°分别为两个峰值点;液滴轴向速度随着测量点与中心轴距离的增大而减小;距离喷嘴越远,液滴轴向速度和径向速度越小;喷射压力越大,液滴轴向速度和径向速度越大;模拟燃烧室内,液滴平均直径D32大于同条件下的大气环境,且D32的正态分布特征明显,两者液滴轴向速度较为接近,但模拟燃烧室对液滴径向速度影响较大。(2)设计了一种反向双旋流空气雾化喷嘴,运用PDA系统对该喷嘴在大气环境和模拟燃烧室内雾化参数的分布特性进行了测量。结果表明:随着距喷嘴轴向距离的增大,液滴平均直径D32呈现波动变化的趋势,液滴平均直径D32分布逐渐趋于均匀;在径向上液滴平均直径D32大致按照与中心轴的距离远近由大到小分布,距离中心轴越远,液滴D32越大;模拟燃烧室内,液滴平均直径D32周向分布波动较大,当液体喷射压力保持不变,增大气体喷射压力,液滴平均直径变小,液滴轴向速度变大;当气体喷射压力保持不变,提高液体喷射压力,液滴平均直径增大,但液滴轴向速度变化较小。(3)在双股自击式喷嘴雾化实验的基础上,建立了二维非稳态喷雾模型并进行了数值模拟。结果表明:两股射流撞击后,呈现出以撞击点为顶点的雾化锥角,雾化场呈锥形发展,并且在边缘处存在大量的离散液滴;受到壁面的限制,模拟燃烧室内雾化场边缘处的离散液滴数多于大气环境;喷射压力越大,液滴平均直径D32越小,液滴轴向速度越大;随着撞击角度增大,雾化液滴直径D32和轴向速度均呈现减小的趋势;液体工质的粘度越大,雾化液滴直径D32越大,轴向速度越小。模拟结果与实验结果基本吻合,最大误差为8.19%。(4)在反向双旋流空气雾化喷嘴喷雾实验基础上,建立叁维非稳态雾化模型并进行了数值模拟。结果表明:在大气环境中,雾化场大致呈锥形发展,受环境气体影响流场状态较为复杂,出现了多个涡旋同时存在的情况;在模拟燃烧室内,喷雾的外观轮廓最初为"锥形",与燃烧室壁面撞击后转变为"梭形",模拟燃烧室内的流场对称性较好,体现了壁面对于流场均匀性的提升效果。在模拟燃烧室内,当液体喷射压力保持0.2MPa,提高气体喷射压力,液滴平均直径D32变小,液滴轴向速度变大;当气体喷射压力大于0.45MPa后,进一步增大气体喷射压力,液滴平均直径D32变化较小;当气体喷射压力保持0.35MPa,提高液体喷射压力,液滴平均直径D32和轴向速度都随之变大,其中D32变化幅度较大,而液滴轴向速度变化幅度较小;液体模拟工质粘度越大,液滴平均直径D32越大,液滴轴向速度越小。(5)设计了单滴电点火实验平台,研究了 HAN基液体推进剂LP1846液滴在常压下的电点火特性。在实验的基础上,建立液滴二维非稳态电点火模型。结果表明:液滴在线性的加载电压作用下,首先经历受热、蒸发和热分解过程,然后才会着火燃烧;在点火过程中,流经液滴的电流呈现先增大后减小的变化趋势,加载电压越大,电流峰值越大,峰值出现时间也越早;根据化学反应速率与温度分布变化特点,可以将点火过程分为预热、热分解及燃烧叁个特征段,相应阶段LP1846单滴由球形变为伞形直至消耗完毕,液滴的着火延迟期随着最大加载电压数值的增大而减小。(6)设计了环形序列脉冲电点火实验装置,开展了大气环境下LP1846液雾电点火实验。在实验基础上,建立了叁维非稳态喷雾、电点火及燃烧推进模型,并进行了相应数值模拟。针对模拟推力室,采用环形序列脉冲电点火装置,对其工作过程进行数值预测。结果表明:模拟结果与实验结果基本吻合。环形序列脉冲电点火装置可以较好地实现多点点火,有利于提高LP1846液雾点火可靠性;序列脉冲放电火花点燃液雾后,多点分离的火焰会逐渐合拢成一体,火焰整体呈空心锥结构;提升电极转速,点火区域的面积增大;提升放电电压会使放电火花的大小和温度增加,单位时间内火焰数显着增多,有利于点燃液滴群;针对模拟推力室,放电电压或电极转速越大,启动阶段的推力峰值越大,并且出现时间越早,启动阶段所需的时间也越短;气体喷射压力提高,推力峰值提升,启动时间缩短;液体喷射压力增加,启动阶段与正常工作阶段的推力曲线整体上升。
李营[5]2013年在《柴油机燃油喷射雾化特性及其影响因素分析的理论研究》文中研究说明目前,柴油机专家以及学者们重点关注研究的问题之一是：采取各种方法,从而提高柴油机的工作效率。为了解决这个问题,大多数柴油机专家和学者重点考虑并研究了柴油机内柴油的燃烧效率。而对于提高柴油机内柴油燃烧效率,本文是通过研究柴油机内柴油的喷射雾化现象来实现的。本文主要对燃油在某型柴油机喷油器内部的流动以及燃油在喷油器喷孔外场的雾化分别建立了数学模型,同时采用CFD方法进行了数值模拟,并获得了一定的成效。针对某型直接喷射式柴油机的喷油器,本文建立了其计算模型,该模型是基于该喷油器的针阀达到最大升程时建立的。同时结合柴油机喷射理论以及计算流体力学理论,本文使用FLUENT软件,采用VOF模型,模拟了不同喷射压力,不同喷孔直径以及不同背压时,燃油在喷嘴内部的流动情况。在某型直接喷射式柴油机喷油器喷射模拟的基础上,本文研究了燃油在柴油机燃烧室内的雾化现象。对于该现象的研究,本文建立了该柴油机燃烧室模型。结合流体流动基本方程(质量守恒、能量守恒以及动量守恒)、k-ε湍流方程以及雾化基本方程等,使用FLUENT软件,并采用DPM模型,模拟了喷射压力、喷孔直径、燃烧室内背压不同时,燃油的贯穿距、索特平均直径(SMD)等参数的变化规律。在对柴油机燃油喷射雾化过程进行数值模拟的基础上,用后处理软件对模拟结果进行处理,分析了喷孔直径、燃油的喷射压力以及背压对于燃油喷雾特性的影响。
张涛[6]2017年在《ADN基推进剂雾化特性试验及ADN基推力器工作过程的仿真研究》文中研究说明开发新型高性能空间推进系统是目前各国学者研究的重点,也是未来空间推进的主要发展方向。二硝酰胺铵(ADN)基单组元液体推进剂是目前具有广阔应用前景的绿色空间推进剂,由于其具有的优良性能,可以取代姿轨控发动机上所广泛应用的肼类推进剂。而高效组织ADN基推进剂的雾化、蒸发、催化分解和燃烧等过程,对提高推力器比冲性能,可靠性以及经济性等具有重要的意义。本文以高性能ADN基推力器为研究背景,以绿色无毒ADN基空间推进剂为工质,通过实验方法获得了 ADN基推进剂的旋流雾化特性,并采用数值模拟方法获得了 ADN基推力器叁维仿真计算结果,探讨了推进剂组分配比变动的影响。同时明确了推力器关键参数对ADN基推力器内催化分解和燃烧过程的影响机理,为小量级航天推力器的设计以及推力器内部雾化燃烧机理的进一步研究提供支持。建立了 ADN基推进剂旋流雾化特性研究的实验装置。其中,基于最大流量原理的经验系数方法,设计了旋流喷嘴。采用高速摄影和马尔文粒度仪相结合的方法分别获得了旋流喷雾动态图像以及液滴粒径分布信息。研究了 ADN基单组元推进剂的旋流雾化特性,通过对旋流喷雾形态进行分析,明确了推进剂旋流雾化过程中的发展和演化特性,探讨了喷射压力,喷孔结构参数,切向孔结构参数以及旋流室结构参数对旋流雾化中宏观和微观特性的影响规律,获得了喷射参数和喷嘴结构参数对液膜破碎长度,雾化锥角以及平均粒径的影响规律。结果表明,提高喷射压力,降低喷嘴长度,降低喷嘴直径,增加旋流室高度,增加切向孔数量都有利于ADN基推进剂雾化特性的提高,并获得了切向孔孔数和旋流室直径的优值。明确了喷嘴结构参数对旋流雾化特性的影响权重,明确了旋流室直径和高度分别是影响喷雾锥角和液膜破碎长度的关键因素,而切向孔数量是影响液滴平均粒径大小的关键因素。从而进一步揭示了喷嘴结构参数对ADN基推进剂旋流雾化过程中宏观和微观特性的影响规律。以ADN基单组元推力器为研究对象,耦合基于喷嘴雾化特性实验结果的旋流雾化模型,以及蒸发模型,多孔介质传质模型,考虑热弥散效应的多孔介质非等温传热模型,辐射模型以及简化化学反应动力学模型等,建立了 ADN基推力器的物理和数学模型。其中,液滴蒸发速率预测模型通过实验获得。首先,基于差式扫描量热法,获得了 ADN基推进剂催化分解过程中的吸放热特性。研究了非触壁态的液滴蒸发过程,探讨了液滴与高温壁面接触后的形态变化,明确了液滴在不同壁面温度条件下的生存时间,获得了 ADN基推进剂液滴与石英玻璃之间的莱顿弗洛斯特现象,明确了高低温条件下液滴蒸发的阶段特征,最终建立了ADN基推进剂液滴蒸发速率的理论预测模型。根据所建立的ADN基推力器催化分解和燃烧的物理数学模型,通过数值模拟方法研究了推力器内温度的空间分布特性,探讨了沿推力器中心轴线以及催化床出口截面和燃烧室出口截面的组分分布特性,明确了 ADN基推力器内温度分布,以及反应物ADN,甲醇,重要中间产物AN,N2O,NO2,HCOOH,以及生成物CO2,H2O等组分之间的相互关系,揭示了催化分解和燃烧反应在推力器内不同位置处的反应程度。同时,明确了 ADN基推进剂组分配比变动对推力器内温度空间分布和物质组分分布的差异性,获得了使得推力器比冲性能提高的推进剂组分配比的最优值。最后研究了推力器关键参数,包括催化床运行参数,喷射压力和推力器结构参数,对ADN基推力器催化分解和燃烧过程的影响机理。探讨了不同工况下,温度的空间分布,反应物以及重要中间产物在催化床和燃烧室出口截面轴线处组分分布特性,明确了推力器关键参数对催化分解和燃烧反应区域的影响机制。结果表明,孔隙率的增加,预热温度的升高,喷射压力的增加都有利于推力器比冲性能的提高,同时明确了预热温度为420K条件下推力器的启动特性,获得了催化床长度和推力器直径的最优值。明确了推力器关键参数对ADN基推力器比冲性能的影响权重,明确了推力器直径是比冲性能影响的主导因素,而催化床孔隙率对比冲性能的影响相对较小。为ADN基推力器的设计和点火实验的研究提供了帮助。
王春磊[7]2011年在《液体随行装药喷射雾化与燃烧数值模拟及分析》文中提出提高弹丸初速是火炮专家们研究关注的重点问题之一。由于随行装药技术发射系统与现有的火炮相容,因此一直受到国内外学者的高度重视。本文对主装药为固体发射药、随行装药采用液体发射药外环式喷射雾化进行了一系列的建模和数值模拟,取得一定成效。结合液体随行装药和再生式液体发射药火炮的内弹道过程特点,设计了液体随行装药外环式喷射雾化机构的原理性机械结构模型。从非稳态的伯努利方程出发,考虑活塞运动和液体发射药喷射之间的耦合运动建立喷射模型,并结合零维经典内弹道模型、液体发射药的雾化及燃烧模型,建立液体随行装药喷射雾化燃烧零维内弹道模型。采用四阶龙格库塔法对所建立的模型进行数值模拟,得到了膛内各诸元的数值变化规律,同时对不同的随行装药量、喷孔截面积和延迟时间进行了数值模拟,并对数值模拟结果进行了理论分析。根据高等内弹道理论、一维两相流和计算流体力学的知识,建立液体随行装药内弹道一维两相流理论计算模型。新的喷射模型从控制体动量守恒方程出发并考虑了活塞运动和液体发射药喷射之间的耦合运动。液滴尺寸分布概率模型以最大熵理论为基础建立。采用麦考马克(MacCormack)预估-校正方法对理论计算模型进行数值模拟,得到了随行条件下的膛内物理量分布规律,并对数值模拟结果进行分析,为液体随行装药喷射雾化结构的设计和实际应用提供理论依据。
莽珊珊[8]2013年在《整装式含能液体高压瞬态燃烧稳定性控制方法及机理研究》文中提出瞬态高温、高压条件下的燃烧不稳定是阻碍整装式含能液体燃烧推进技术发展的一个瓶颈问题。本文对整装式含能液体燃烧稳定性问题的研究历程进行了回顾,基于目前的研究现状,结合整装式含能液体燃烧推进过程的特点,分析了燃烧不稳定的影响因素,提出了通过燃烧室边界形状的约束和诱导作用来控制流动不稳定的发展,进而提高燃烧稳定性的方法,开展了相关机理的实验和理论研究。主要研究内容和结果如下：(1)整装式液体中高温燃气射流扩展与掺混过程实验研究在实验方面,采用将流动和燃烧过程剥离的冷态实验方法,建立了用于观测高压热气流与整装式液体工质相互作用过程的实验系统,设计了圆柱形与多级渐扩型圆柱观察室,采用高速录像系统,研究高压热气流与整装式液体工质相互作用规律,重点观测了Taylor空腔在多级渐扩型圆柱观察室中的扩展形态以及液体工质被卷吸过程,分析了气液湍流掺混特性,研究了阶梯渐扩型燃烧室结构尺寸、初始点火激励条件对射流扩展过程的影响。实验结果表明,射流扩展过程中在气液交界面上产生Taylor不稳定和Helmholtz不稳定,形成了气液交界面的掺混；圆柱形结构中,射流轴向扩展迅速,径向扩展缓慢,将导致Helmholtz不稳定效应为主的气液掺混机制,射流扩展过程的随机脉动性较大；多级圆柱渐扩型结构中,当射流扩展到渐扩台阶处,诱导径向湍流度增强,使Taylor空腔能很快充满整个边界,在一定程度上降低了射流轴向扩展的随机脉动性,抑制了Helmholtz不稳定效应；渐扩型观察室的形状对射流扩展过程的影响可以用渐扩结构因子△D/L表征,当△D/L)较小时,射流的轴向扩展相对较快；射流扩展过程与观察室渐扩型尺寸及射流强度有关,通过这些参数的合理匹配可以实现对射流发展过程的控制；端盖的滞止作用会造成射流的回流现象,气液面破碎随机性增加,使高速气流与液体间的湍流掺混过程更加复杂。(2)燃气射流在整装液体中扩展过程的数值模拟建立了二维轴对称气液两相湍流模型,对叁级阶梯渐扩型、圆锥渐扩型和圆柱型充液室内的燃气射流扩展过程进行了数值模拟。通过对不同边界下高压燃气射流扩展过程的实验和数值模拟,得到如下结论：充液室边界形状可显着影响高压燃气射流在整装液体中的扩展过程,渐扩型观察室台阶处出现涡流,诱导射流径向扩展,可抑制Taylor空腔轴向发展的随机性,减小气液交界面上Kelvin-Helmholtz不稳定效应的影响,当渐扩结构几何尺寸与Taylor空腔发展相匹配时,燃烧室边界形状在一定程度上可减缓燃烧不稳定的发展。二维轴对称气液两相湍流模型能够反映出燃气射流的扩展规律和特点,计算得到的Taylor空腔扩展形态和扩展速度与实验结果吻合较好。数值模拟结果揭示出液体破碎、卷吸和涡流形成等射流气液两相界面的演变特性,是对实验的补充。(3)多级渐扩型模拟推进装置的燃烧特性实验研究设计了整装式含能液体的高压燃烧推进实验装置,采用瞬态压力测试技术,在200-500MPa工作压力下,开展了针对多级圆柱渐扩型燃烧室的燃烧推进实验,对瞬态压力测试数据进行了信号分析和特征提取,研究了系统燃烧压力振荡问题,探讨了燃烧室结构参数、含能液体类型等因素对系统燃烧稳定性的影响规律。实验表明：整装式液体药的燃烧推进过程具有非线性,压力振荡的频谱表明系统含有类似混沌运动的非线性特征；阶梯渐扩型燃烧室有利于减弱燃烧室压力振荡,提高燃烧推进过程的稳定性；阶梯数量、阶梯渐扩因子△D/L等结构参数影响燃烧推进过程稳定性,增大△D/L有利于减小压力振荡,但阶梯数量应有一个最佳值,并非越多越好；不同种类液体药的燃烧推进过程稳定性表现出一定差别。(4)整装式含能液体高压燃烧推进过程的数值模拟建立了集总参数计算模型,计算出的弹丸出膛速度与实验相比基本吻合,表明集总参数模型能够反映燃烧推进过程的整体变化规律,但对于燃烧过程中出现的压力脉动现象,难以通过集总参数模型体现出来；另外,从多相流体力学、湍流燃烧等理论出发,建立了二维轴对称气液两相流动与燃烧模型,对整装式含能液体的燃烧推进过程进行了数值模拟,刻画出了气穴扩展、液柱加速等燃烧推进过程的主要特征,获得了质量分数、温度、压力等参数的时空分布。计算模型可以模拟出燃烧室的压力振荡现象,阶梯型燃烧室压力的模拟结果与实验曲线符合较好,从数值模拟角度进一步验证了阶梯型结构对增强燃烧稳定性有重要作用。通过实验研究和数值模拟,揭示了采用阶梯渐扩型燃烧室边界、通过诱导燃气射流径向扩展来增强燃烧推进过程稳定性的控制机理,研究成果对实现整装式液体炮燃烧稳定性控制具有重要的参考价值。
沃傲波[9]2007年在《柴油机喷雾准直接数值模拟及其雾化机理的研究》文中进行了进一步梳理燃油的雾化是决定内燃机燃烧品质优劣的重要因素。长期以来,人们对燃油喷雾场进行了大量的研究,但由于计算机性能和测试手段的限制,这方面的研究历来偏重于雾化的几何特性和物理特性,而对控制雾化过程、决定雾化质量优劣的关键,即雾化机理的研究由于难度较大,存在着较多的推测和经验的成分。对于喷雾的数值模拟,由于受到计算机性能的限制,前人的研究主要集中在离散液滴模型(DDM)模型上。DDM模型虽然能满足工程应用的需要,但它的四个基本假设,使得喷雾场的很多重要的细节都丢失了。本文使用两相流的大涡模拟理论和VOF方法,对燃油喷雾场进行了准直接数值模拟,获得了近喷孔处的初始喷雾场。对比分析模拟和Hiroshi Hattori等人的实验结果,对燃油喷雾的初始破碎过程进行了研究,得出了一些结论:燃油的初始破碎主要是受到空气的阻力及剪切作用力而产生的;破碎主要发生在液柱头部;在喷雾的初始阶段,液柱表面的波动并不足以使液柱发生断裂,因此,存在一个长度至少为30d以上的未受扰液核。对二次雾化机理进行了研究,认为:一次雾化和二次雾化并不是两个互不干扰过程,而是相互影响的;二次雾化的同时还进行着相反的融合过程,包括原本稀薄的液雾之间的聚合及液滴之间的融合;二次雾化应该是在外部空气作用和内部湍流运动共同影响下进行的,其中,外部空气作用是主要的影响因素。对喷雾过程进行了变工况分析,研究了喷射速度、背压、喷嘴长径比对喷雾形态的影响,发现:提高喷射速度和背压可以提高雾化效果,符合气动雾化理论;增大长径比并不一定对雾化有利,应该可以对喷嘴进行优化设计以达到最佳的雾化效果。现代直喷式柴油机的喷孔直径越来越小,因此,边界层对主流的影响也越来越明显,壁面上流体速度为零的假设已不再合适,需要研究不同光滑程度的壁面对喷雾数值模拟的影响。本文对两个极端情况——无滑壁面和光滑壁面——进行了对比分析,发现壁面阻力引起的扰动有利于增强雾化效果,但会使贯穿距增大,可能会导致喷雾锥角的减小。
刘俊, 余永刚, 周彦煌, 李丽[10]2002年在《含能液体雾化特性的实验研究》文中研究说明利用喷雾模拟装置和激光全息摄影系统 ,研究含能液体 H Y91 1在 8MPa喷射压力下的雾化特性 ,分析了含能液体喷雾场颗粒分布规律 ,着重探讨了喷雾粒度和平均直径在轴向和径向的变化规律
参考文献：
[1]. 含能液体喷射雾化特性的实验与理论研究[D]. 刘俊. 南京理工大学. 2002
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[3]. 液体工质在小尺度空间喷雾特性的实验研究与数值模拟[D]. 赵娜. 南京理工大学. 2013
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