高环境压力下幂律流体射流雾化特性的实验研究

摘要

液体射流破碎及雾化是自然界和工程中大量存在的现象，它的破碎雾化是一个具有重要理论意义和工程应用背景的课题。幂律流体无论是在生活方面还是在工程应用领域都有着非常广泛的应用，但是由于其自身的复杂性和多样性，其破碎机理尚未得到统一的认识，尤其在撞击射流方面，幂律型非牛顿流体撞击射流破碎的实验研究的深度还不够。对于幂律流体射流破碎现象的研究不仅有助于丰富非牛顿流体力学和液体射流破碎理论，而且对工程应用也有着十分重要的意义。
　　本文以自行配置的幂律流体作为实验液体，在高环境压力下对幂律流体射流破碎进行了大量的实验研究，包括运用高速摄影系统获取幂律流体圆柱射流和撞击式射流的喷雾形貌图像，并从中提取出破碎长度和喷雾锥角等破碎特征；利用三维相位多普勒系统测量喷雾场中液滴的粒径分布信息。详细研究了射流参数、环境参数、喷嘴结构参数和流体物性参数对上述雾化特性的影响规律。
　　对于圆柱射流破碎，实验结果表明，随着环境压力的增大，幂律流体圆柱射流破碎的破碎长度 Lb逐渐减小，喷雾锥角β逐渐增大，可知环境压力对射流破碎起促进的作用；相同环境压力下，幂律流体圆柱射流破碎液滴SMD随着射流速度的增大而逐渐变小，SMD基本沿径向两侧呈对称分布，越远离中心SMD越大；相同射流速度下， SMD随着环境压力的增大呈减小的趋势，射流速度越大，径向对称趋势越明显；对于同一种流体，在相同的射流参数、环境参数和喷嘴结构参数下，SMD随射流轴向位置的增大先减小后增大再减小；SMD基本沿径向两侧呈对称分布，越远离中心SMD越大；喷嘴其它参数相同，SMD随着喷嘴直径的减小而逐渐减小；对于不同的流体，粘度越大，圆柱射流破碎液滴SMD越大，径向上SMD对称趋势越明显。
　　对于对称撞击式射流破碎，实验结果表明，在开放空间和高环境压力下，随着射流速度的增加，幂律流体对称撞击式射流均会出现五种破碎模式，即封闭边界模式、开边界模式、无边界模式、弓形液线模式和充分发展模式。射流速度、环境压力、撞击夹角、喷嘴结构、液体物性等参数都会对液膜破碎模式产生较大影响，破碎模式会出现较大差异，个别模式甚至不会出现。射流速度、环境压力和撞击夹角的增大都会对对称撞击式射流破碎起到促进的作用，而喷嘴直径和幂律流体质量分数的增大会对对称撞击式射流破碎起到抑制的作用。在开放空间和高环境压力下，射流参数、喷嘴结构参数和流体物性参数对幂律流体撞击式射流破碎的影响规律相似。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1前 言

1.2圆柱液体射流的破碎

1.3撞击式液体射流的破碎

1.4本课题的主要工作和意义

第二章 幂律流体的制备及特性

2.1概述

2.2幂律流体的制备

2.3幂律流体的特性

2.4本章小结

第三章 实验系统

3.1实验系统概述

3.2幂律流体射流雾化系统

3.3环境参数控制系统

3.4高速摄影系统

3.5 三维相位多普勒系统

3.6本章小结

第四章 高环境压力下幂律流体圆柱射流的实验结果及分析

4.1幂律流体圆柱射流破碎的形貌特征

4.2幂律流体圆柱射流液滴的粒度分布特征

4.3本章小结

第五章 高环境压力下幂律流体对称撞击式射流的实验结果及分析

5.1幂律流体撞击式射流雾化的特征参数

5.2不同射流速度下幂律流体对称撞击式射流破碎

5.3不同环境压力下幂律流体对称撞击式射流破碎

5.4不同撞击夹角下幂律流体对称撞击式射流破碎

5.5不同喷孔直径下幂律流体对称撞击式射流破碎

5.6不同幂律流体对称撞击式射流破碎

5.7高环境压力下幂律流体对称撞击式射流的粒度分布特征

5.8本章小结

第六章 全文总结及展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢