高速射流下幂律流体撞击破碎直接数值模拟

摘要

凝胶推进剂在液体火箭发动机燃烧室内用于燃烧产生能量,其常用雾化方法为双股射流撞击,其破碎特征及雾化效果直接影响燃料的燃烧效率.本文采用直接数值模拟的计算方法,对高速射流下具有剪切稀化的非牛顿液体正交撞击产生的雾化特征、液体表面积、表面波、涡特性以及非牛顿特性开展研究.结果表明,高速射流下形成的雾化流场迅速扩张形成液膜,液膜两侧边缘破碎成大量的液丝与液滴,核心部分产生稳定波后在气体力的作用下,逐步发展为带有凸起和褶皱的不稳定表面波.气体中的涡量分布则分为有序贴附区和无序爆炸区两类,并且涡量主要集中分布于气相区域.此外,射流撞击时产生强剪切使该液体内部的粘性系数下降,最低仅为初始粘性系数的0.3倍.