生物柴油(菜籽油)与柴油的喷雾燃烧特性研究

为了对比生物柴油与柴油在喷雾、燃烧方面的差异,本文在GTEA程序的基础上,建立了燃油雾化和燃烧数学模型,建立了柴油与生物柴油的物性库。通过液核长度和火焰浮起长度实验值与计算值的对比验证建立数学模型的准确性,同时讨论了燃油物性对燃油雾化和燃烧过程的影响,对比了柴油与生物柴油不同的雾化和燃烧特征。计算结果表明:生物柴油较大的表面张力抑制了液滴的破碎,较差的蒸发特性延缓了蒸发速率,使得液滴直径和动量较大,导致液核长度大于柴油的液核长度。尽管生物柴油与柴油的燃烧特性相似,但物性和雾化特性的差异,导致生物柴油火焰浮起长度较长。计算参数的研究表明:喷嘴直径对生物柴油液核长度和火焰浮起长度的影响更大。减小喷嘴直径可以缩短生物柴油液核长度和火焰浮起长度,有利于生物柴油在现有柴油机的应用。     

空间模式下柱状射流雾化特性研究

应用线性不稳定理论对柱状射流雾化过程中液滴破碎机理进行了理论分析,利用简正模态法和贝塞尔函数的性质推导出了射流破碎色散关系,并分析了韦伯数和角向模数对柱状射流的影响.采用空间模式对射流破碎进行分析,得到了破碎过程中的射流雾化平均粒径计算式.利用液柱喷嘴组合试验台进行了不同喷嘴组合下柱状射流雾化粒径验证实验,实验结果与线性不稳定模型的计算结果基本吻合.     

双股射流碰撞雾化特征实验

为改善双股射流碰撞雾化器的雾化性能,基于自行搭建的射流碰撞雾化实验台,采用CCD拍摄技术,研究射流速度、碰撞角度、喷嘴出口内径和黏度对雾化特征的影响.结果表明:随着射流韦伯数和碰撞角度的增大,喷雾角增大,液滴的索太尔平均直径(SMD)减小,且液滴分布更加均匀;喷嘴内径较小时形成的液膜厚度较薄,稳定性差,喷雾角较小,在所研究的范围内,液滴的平均直径不受喷嘴内径的影响;液体黏度越大,液膜越稳定不易破碎,液膜尺寸越大,喷雾角越小,液滴的平均粒径越大;在韦伯数较小时,差异明显,而在较高的韦伯数条件下,差距较小.在进行40%浓度甘油溶液雾化实验时,观察到了液膜翻转现象,从碰撞点往下出现连续多个相互垂直的液膜.因此,增大射流速度、碰撞角度,减小液体黏度,有助于改善雾化性能.     

半干法压力旋流式喷嘴雾化性能数值模拟

对压力旋流式脱硫雾化喷嘴雾化特性进行了数值模拟研究,分析了各因素对雾化液滴粒径的影响,得到了喷嘴下游流场内液滴粒径和速度空间分布.计算结果表明:雾化液滴粒径与雾化压力和喷嘴直径成正比,与雾化介质黏度和表面张力成反比;液滴速度沿轴向方向急剧衰减,在距喷嘴200mm处几乎不发生变化,而在径向方向上呈中心低,边缘高的分布;在破碎和聚合的作用下,液滴粒径沿轴向方向呈先减小、后增加的趋势,大颗粒主要集中在雾炬外围.试验结果与计算值基本吻合.     

幂律流体双股碰撞雾化特征的实验研究

为深入研究双股射流碰撞系统的雾化特性,基于双股射流碰撞雾化实验台,采用PIV测速仪,通过改变双股射流的射流不对称性、添加氮气气流扰动以及添加金属铝粒子,来实验探究上述因素对于幂律流体雾化的影响.实验结果表明:韦伯数较小时,幂律流体以一定偏心度碰撞会形成链状液膜,链结长度随偏心度增大而减小;当双股射流以不同长度撞击时,幂律流体会出现鱼骨模式,该现象在0.15%卡波姆凝胶中较为明显;添加气流扰动能增大幂律流体液膜表面波的强度,导致液膜宽度变薄、液膜边缘提前破裂,并且当韦伯数较小时,液滴索太尔平均直径减小;添加金属粒子使幂律流体强度变低,最大破碎长度变小,提前进入各个破碎模式,更早达到液滴平均直径收敛值.采用一定的偏心度,适当加入气流扰动和金属粒子,有助于改善幂律流体雾化性能.     

喷射成形液滴运动及传热的数值模拟

通过对喷射成形过程的分析,建立了喷射成形过程中金属液滴运动和传热的数学模型.利用该模型计算了喷射成形过程中雾化气体的速度、液滴速度、液滴温度、液滴的固相率等过程参量的变化过程.     

雾化喷涂过程中的液滴特性研究

研究高压静电雾化过程液滴特性,运用信息熵方法建立油液粒径分布模型,通过静电涂油雾化实验研究液滴粒径分布规律。结果发现,液滴粒径随电压变化而变化,静电电压升高,液滴粒径减小;电压不同,液滴粒径的分布状态不同,电压为65 kV时,液滴粒径较小且分布均匀。所得实验结果与理论模型吻合。     

喷射成形空心射流流场模拟

为了提高喷射成形雾化质量,将圆柱形空心射流技术应用于喷射成形雾化过程中,针对出流口前方空心流场的结构进行了数值模拟,分别模拟了不同入口速度和不同出流工艺下空心射流流场的分布情况,并进行了实验验证.单相模拟结果表明,增大入口液体速度,可使回流区增大并且产生更低的负压,有利于金属液的出流;两相流模拟结果表明,采用中部空芯与大气连通能产生较好的空心射流,当空芯通入0.02MPa气流时,会使射流空心部分增大,这一结论与水流的实验结果基本一致.     

压力波型态对液滴压电喷射行为影响的数值研究

为了观察压力波形态对液滴压电喷射行为的影响.基于Bogy的压力波传递理论,简化了压电喷射模型,对水滴在不同压力波形态下的压电喷射过程进行了数值仿真,并对水滴的变形过程进行了分析.分别探讨了电压脉冲大小与宽度对水滴喷射行为的影响.结果表明随着电压脉冲大小和宽度的增加,液滴直径增加,而液滴喷射速度先增加后减少.通过合理的控制电压脉冲大小与宽度,可以有效的控制好压电喷射液滴的直径与速度.     

用微型压电陶瓷泵产生液体射流的实验研究

研究微型压电陶瓷泵液体射流装置在不同工作状态下的射流形态和射流速度.实验结果表明该装置产生的射流很快破碎形成液滴.射流速度和液滴速度随着加载于压电陶瓷电极上的电压信号幅值增加而成线性增加.电压信号频率对射流速度的影响则不相同,当信号频率小于2700 Hz时,射流速度随着信号频率的增加而增加,但当信号频率大于2700 Hz时,射流速度基本不变.电压信号模式不仅影响射流速度,还影响射流形态.连续信号模式下,射流破碎后液滴形状更加不规则、液滴大小更加不均匀.     

激波诱导油液柱变形、破碎及其雾化过程研究

为进一步了解柴油爆炸抛撒云雾形成过程以及爆炸性能,开展了激波作用-10#柴油液柱实验.采用阴影成像技术记录油柱的变形、破碎行为和雾化过程,建立了油柱变形与破碎模型,并根据无量纲参数公式计算了油柱破碎模式,分析了激波作用后油柱变形和破碎雾化的特征.结果表明:激波遇到油柱会发生绕射现象,激波诱导的高速气流将继续作用油柱,油柱继而发生弓箭形变形并最终导致其破碎、雾化.柴油柱在153μs时完成变形发生爆炸破碎,形成大量雾滴颗粒.雾滴在气动力、空气阻力等作用下继续运动形成云雾团,激波波速越大,油柱破碎越剧烈,雾化粒径也越小.     

不同雾化条件下静电喷雾沉积效果研究

以静电涂油机中的新型静电喷雾装置为研究对象,采用数值仿真技术来模拟雾滴在不同雾化条件下对目标喷涂物的喷雾轨迹,分析雾滴粒径、荷质比以及喷射间距对静电喷雾沉积效果的影响。结果表明,雾滴粒径相同时,随着雾滴荷质比的增加,雾滴沉积效果明显改善,但同时雾滴跑偏的情况也会增加;在喷射间距和雾滴表面电荷密度一定的情况下,大粒径雾滴的沉积效果较好,小粒径雾滴容易跑偏;对于粒径和荷质比相同的雾滴,喷射间距较大时喷雾沉积效果较差。     

激波与液滴作用的空气动力学现象的实验研究

在水平激波管中对激波与液滴的相互作用进行了实验研究.使用氮气作为高压驱动气体,进行了激波马赫数为1.1及1.25的实验,更换生成液滴的不锈钢针头获得了不同尺寸的液滴,用高速摄影仪详细记录了液滴从压缩变形到破碎雾化的过程.通过分析实验数据,探讨液滴位移及横向直径随时间的变化关系,液滴在激波作用之后会进行加速运动,随着液滴的不断变形,其横向直径先增大后减小,直至完全雾化.     

基于PDA的电喷雾雾化性能研究

随着科技的发展,感应荷电喷雾技术在越来越多的工程领域得到了应用。采用水、甘油及不同体积比的水-甘油混合溶液这些常见常用液体为介质,以雾滴的尺寸和分布状态作为考察喷雾性能的主要指标,通过粒子动态分析仪（Phase Doppler Anemometry,PDA）,对比研究了感应荷电方式下雾化溶液的粘度、电极电压对液滴雾化性能的影响。结果表明,在感应荷电过程中电极电压越大,雾滴在20~50μm数量级上分布的雾滴越多,电极上加载电压后雾滴粒径明显减小分布更均匀,并且随着液体粘度的增大,粒径也增大且雾滴分布均匀度明显下降。     

射流液滴撞击壁面二次液滴的粒径特性研究

液滴碰撞是液滴动力学研究的基本内容。基于可视化图像技术对射流液滴连续撞击微小固体壁面后形成的二次破碎飞溅液滴的粒径特性进行了实验研究,在低压低射流量的基础上,阐明了射流液滴连续撞击固体壁面破碎飞溅的雾化过程,分析了不同位置和驱动压力对二次破碎飞溅液滴粒径分布特性的影响,结果表明：二次液滴粒径总体而言相对较小,几乎位于100μm以下,且峰值区域基本集中在30～40μm之间,具有较好撞击雾化效应。二次液滴粒径在空间分布上存在差异,并非完全对称于撞击中心分布,水平方向上距离撞击点越远,二次液滴粒径越小;垂直方向上高度越高,粒径越小。随着驱动压力的增大,频率分布峰值的二次液滴粒径变小,二次液滴粒径分布范围变大。     

湿式静电除尘器喷嘴特性

为优化湿式静电除尘器清灰特性,研究喷嘴特性.采用相位多普勒粒子分析仪(PDA),研究单喷嘴、双喷嘴同轴侧向撞击及喷嘴与壁面碰撞后的雾化特性,实验数据表明液滴撞壁后形态主要由液滴自身动能、液滴表面张力和黏度决定,由韦伯数描述.距离喷嘴位置越远,喷嘴雾化角越大,索特尔平均粒径(SMD)波动越小,韦伯数分布越均匀,液膜均布性越好.在此基础上,对喷嘴布置方式与液膜均布性关系做进一步分析,得到喷淋管间距越大,喷嘴角度越大,极板上水膜更加均匀,该实验结果与喷嘴特性实验相符.     

湍流扰动对液滴破碎的影响及模拟方法研究

为考虑射流内部湍流扰动对雾化的影响,本文将喷嘴内部湍流扰动量用湍流长度和时间尺度来表示,并以权重的形式加入初次破碎模型中。对比分析了单液滴表面不稳定波和湍流扰动对液滴破碎的影响。计算结果表明:湍流扰动随液滴运动时间的增加对破碎的影响逐渐减小,不稳定波的影响比重逐渐增大;喷嘴内流速越大,湍流扰动量越强,影响的时间越久。对本文提出的破碎模型进行了验证,计算结果表明:湍流扰动会导致液滴的索特尔平均直径(SMD)减小4%左右;随入射压力升高,湍流扰动对贯穿距的影响逐渐增大;虽然二次破碎发生在距离喷嘴较远处,但初始湍流值的大小,还是能影响到二次破碎后液滴大小和速度。     

不同脉冲电压对压电喷墨液滴演化的影响分析

为研究不同脉冲电压对压电喷墨液滴演化的影响,本文采用有限元仿真软件ANSYS Workbench,对不同脉冲电压作用下压电喷墨液滴的喷射过程进行仿真分析,分别改变脉冲电压幅值和频率,以观察液滴喷射过程中的速度和液量的不同。研究结果表明,脉冲电压幅值越大,液滴喷射速度越快,且液量越大,并伴有尾液和卫星液滴增多;当脉冲电压频率较低时,液滴喷射速度和液量没有明显变化;当脉冲电压频率较高时,液滴喷射速度和液量随脉冲电压频率的增大而增大,而且尾液和卫星液滴也明显增多。该研究为压电喷墨技术提供了理论基础。     

双液滴撞击液膜的界面追踪法数值模拟

使用界面追踪法(FTM)模拟了双液滴-液膜撞击系统中液膜卷吸气体生成气泡以及中心射流破碎发展成二次液滴的过程,分析了气泡生成以及射流破碎的机制。研究了不同We数与无量纲液滴间距的影响,得出双液滴撞击液膜系统中能发生气泡卷吸的We数范围是30～276,并且随着We数和无量纲液滴间距的增大,卷吸气泡的成型时刻越早,其体积也越大。对于中心射流的破碎,研究发现,We数越大,中心射流就会越早发生破碎,无量纲液滴间距越大,中心射流发生破碎时的We数阈值就越小,并且形成的二次液滴与碰撞轴线的距离越远,但是体积会越小。     

液滴撞击加热亲水管壁后的反弹和中心射流

采用高速摄像机拍摄水滴撞击加热亲水管壁的动态过程,研究在不同撞击速度（韦伯数）和壁面温度下,液滴撞击后出现的液膜反弹和中心射流现象. 不同于液滴撞击常温亲水管壁,液滴撞击加热亲水管壁后会反弹. 在曲率比（液滴直径与管外壁直径的比值）为0.15,撞击速度为0.47~1.40 m/s,壁面温度为20~305 ℃的条件下,观测到“回缩?反弹”“铺展?反弹”和“破碎?反弹”3种反弹形式,总结其发生条件. 壁面温度是决定液滴撞击后能否发生反弹的关键因素,壁面温度和韦伯数均对“破碎?反弹”的产生有显著影响. 从重力、惯性力和气化反作用力角度分析产生快速“铺展?反弹”现象的原因. 分析中心射流形成原因,发现增加壁面温度和韦伯数有利于不完全中心射流的形成.