矩形自激振荡射流流动与混合特性实验研究

摘要

优化喷嘴结构，改善掺混性能，不仅具有深刻的科学意义，而且对于工业燃烧器、混合器、反应器等设备研发具有重要的指导价值。流体射入特定结构的突扩腔体会发生整体低频振荡，称为自激振荡射流。在欧美众多工业应用结果表明，相比于传统多射流燃烧器，自激振荡射流燃烧器可降低NOx排放30％-50％，燃料消耗减少5％-10％。为了进一步优化自激振荡射流燃烧器性能，本文对矩形自激振荡射流进行了实验研究。
　　首先，研究矩形自激振荡射流的流动特性。通过丝带曝光实验、热线实验和烟线实验，测量了不同腔体长度和不同矩形孔口长宽比条件下的射流扩散角、速度场和流场结构。研究发现:长宽比越大，矩形射流二维性越强，越容易产生自激振荡，但是当矩形短边与腔体壁面足够接近时，射流发生偏斜。另外，射流发生振荡还需要在一定的腔体长度范围内。
　　其次，对矩形自激振荡射流的混合特性进行了分析。主要对比分析了射流横截面平均速度、中心线平均速度、脉动速度、湍流度和频谱等湍流统计量。结果表明:相比于自由射流，自激振荡射流的中心线速度衰减更快、扩散角更大、湍流度更高，矩形自激振荡射流的低频能量更多，表明矩形自激振荡射流大尺度混合性能增强。然而通过对比矩形自由射流与自激振荡射流能谱高频区域发现，自激振荡射流小尺度脉动能量更低，表明自激振荡射流小尺度能量被传递到尺度，小尺度混合被抑制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 射流控制与增混

1．3 自激振荡射流研究进展

1．3．1 圆形自激振荡射流的流动与混合特性

1．3．2 非圆形自激振荡射流的流动与混合特性

1．3．3 自激振荡射流燃烧器的燃烧特性

1．4 本文研究内容与意义

第2章 实验介绍

2．1 实验装置介绍

2．1．1 供气系统

2．1．2 控制系统

2．1．3 数据采集系统

2．2 实验所用喷嘴

2．2．1 矩形自由射流喷嘴

2．2．2 矩形自激振荡射流

2．3 实验测量方法

2．3．1 曝光实验

2．3．2 烟线流场显示

2．3．3 热线速度场测量

第3章 喷嘴结构对近场区流动特性影响

3．1 喷射扩散角特性——曝光实验结果

3．1．1 矩形孔口长宽比值对矩形自激振荡的影响

3．1．2 雷诺数和腔体长度对矩形自激振荡的影响

3．2 速度场特性——热线测量结果

3．3 瞬时流动特征——烟线流动显示结果

3．4 本章小结

第4章 矩形自激振荡射流混合特性分析

4．1 瞬时流场特性

4．2 平均速度场特性

4．2．1 横截面速度

4．2．2 中心线速度

4．3 脉动速度场特性

4．4 频谱特性

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介