一种喷嘴的改进设计及其喷雾性能仿真分析

为研究并优化喷嘴的结构参数,结合离心式喷嘴的结构特点,在原有喷嘴结构的基础上增加旋流槽.利用VOF模型以及双方程湍流模型对原始结构喷嘴以及新增旋流槽结构的改进喷嘴,分别进行数值模拟.分析了两种喷嘴内部的液体流动特性及喷雾场中的喷雾特性和变化规律.结果表明,增加旋流槽结构能够有效减轻喷嘴内部出口处的涡流现象,降低喷嘴内压强;喷射液体的轴向速度减小,喷射束更发散,雾化锥角变大.     

喷嘴雾化性能测试实验及计算机模拟

雾化喷嘴广泛应用于各类喷雾式反应装置中。为了获得具备高效雾化性能的喷嘴结构形式,设计搭建了一套喷嘴雾化性能测试实验系统,并结合CFX软件对三种不同结构形式的压力旋流式喷嘴的雾化特性进行实验分析和内部流场数值模拟。研究结果表明螺旋槽式喷嘴的雾滴平均直径SMD较小,喷雾锥角适中,且喷嘴出口速度分布均匀,能够形成喷雾质量较好的实心锥喷雾。     

基于VOF方法数值模拟离心式喷嘴内两相流流动

离心式喷嘴内的气液两相流动是影响喷嘴雾化特性的重要因素.利用FLUENT软件,基于VOF(volume-of-fluid)方法对离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟.模拟计算很好地捕获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得的喷嘴内压力分布、相分布与雾化锥角反映出该离心式喷嘴内流动特点,并与试验结果吻合较好.同时还计算了不同入口压力下喷嘴出口处的速度与雾化锥角,结果表明,随着入口压力的增加喷嘴出口速度增加,但对喷嘴雾化角影响较小.因此,数值模拟方法为离心式喷嘴的设计与雾化性能预报提供了必要的边界条件与理论基础.     

压力旋流喷嘴雾化特性的实验研究

通过激光粒度分析仪和高速摄像机对压力旋流喷嘴的雾化特性进行了实验研究,分析了不同喷雾压力及喷嘴孔径对雾粒索特尔平均直径(SMD)、雾粒运动速度和雾化角的影响。研究表明:雾粒SMD及雾化角不仅随喷雾压力的增大而减小,也随喷嘴孔径的减小而减小,同时,雾粒SMD在雾场轴向方向先增大后减小,最后趋于稳定;雾粒轴向运动速度不仅随着喷雾压力的增大而增大,也随喷嘴孔径及距离的增大而减小。     

天然气管输减阻剂减阻技术的研究与应用

 通过电镜微观试验研究,揭示了天然气减阻剂的减阻机制。通过对减阻剂加剂装置关键结构仿真优化表明：旋流雾化喷嘴的旋流室内锥角为100°时雾化效果最佳;喷孔直径的变化可改变减阻剂喷射的轴向速度,有利于增大喷射距离,但雾化角减小,喷孔直径为1.4 mm时,喷嘴的雾化效果最佳;旋流室切向孔角度对旋流室内部速度流场的影响较大,切向角为14°时喷嘴雾化效果最佳;通过实验室及现场试验,得出了合理加剂量的计算公式。本研究对天然气管输减阻剂减阻技术的推广与应用具有指导意义。     

燃气轮机双燃料喷嘴燃油内流场特性仿真分析

作为燃气轮机中的重要部件,喷嘴内部结构直接决定了燃油燃烧和动力输出效率,设计喷嘴结构并开展喷嘴中内流场特性仿真分析成为新型燃气轮机开发的研究重点。使用Solidworks软件对双燃料喷嘴结构进行设计,并对其燃油流道进行数值模拟。利用Fluent软件先对喷嘴燃油的整体内流场进行数值k-epsilon模拟,再使用流体容积法（VOF）方法对喷嘴燃油的核心流道进行数值模拟,研究喷嘴燃油流道的特性。结果显示燃油流道的质量流量、进口流速和核心流道进口流速随着进口压力的增大而增大;雾化锥角会随着进口压力的增加而增大,且当进口压力超过0.5 MPa时,雾化锥角最终会稳定在110°左右;同时结合相关实验数据与仿真数据进行对比。本文的仿真研究为燃气轮机喷嘴的结构改进提供了依据。     

喷射角度和喷嘴数对旋流冷却流动与传热特性的影响

针对喷射角度和喷嘴数影响旋流冷却流动和传热特性的问题,采用数值方法进行了研究。研究时冷气通过不同的喷嘴进口进入旋流腔并经旋流腔出口流出,当变化喷嘴数时,保持喷嘴进口在轴向上均匀分布。研究结果表明:冷气从喷嘴射入旋流腔,冲刷壁面并与轴向主流强烈混合,形成了高传热区域;换热强度在轴向和周向沿下游逐渐减弱,高传热区域在下游向出口偏移。喷射角度远离90°时,冷气旋流运动减弱,传热强度减小;随着喷嘴数的增多,冷气喷射速度减小,高传热区换热强度减小,冷气周向速度和靶面传热强度分布更为均匀;平均努塞尔数随着喷射角度和喷嘴数的增大而先增大后减小,在喷射角为90°、喷嘴数为9时平均努塞尔数最大;总压损失系数随着喷射角度和喷嘴数的增大而增大。与简单圆管旋流冷却模型相比,喷射角为90°、喷嘴数为9的旋流腔结构的换热特性更加优良。     

空气喷射量对空气辅助喷射喷雾特性的影响

利用激光粒度仪分析了空气辅助喷射喷雾索特平均直径(Sauter mean diameter,SMD)的变化规律,并且分别在定容弹及光学发动机上开展了喷雾特性(喷雾锥角和贯穿距离)的试验研究,引入喷雾半锥角(α角和β角)的概念用以分析在有进气气流时空气喷射量对喷雾特性的影响.结果表明,增加空气喷射量可以改善燃油的雾化效果,特别是当喷雾燃空比γ小于0.8时,喷雾的SMD会有明显降低;在定容弹内空气喷射量的增大会使喷雾锥角减小,但对贯穿距离的影响不大;在光学发动机内由于进气气流的影响,空气喷射量的增加会使喷雾锥角增大,贯穿距离变小,同时喷雾锥角随时间的变化趋势也明显不同于定容弹内的试验结果.     

基于激光测试技术的喷雾场试验研究

在航空发动机燃烧室中,燃油是在经过喷嘴雾化之后,以液雾的形式进入的,因此,液雾的特性也决定了燃烧的质量,而液雾的特性是由喷嘴的雾化性能来决定的。通过运用PIV(particle image velocimetry)和GSV(global sizing velocimetry)这两种激光测试技术,对喷嘴喷雾场进行了试验研究。试验结果表明:在一定压力范围内,喷雾锥角随压力的变大而变大;在较大压力下,喷雾场会形成空心锥体结构;在一个压力确定的喷雾场中,边缘区域的雾化效果最好。通过对试验数据的分析处理,可以检测喷嘴的雾化性能。     

某重型燃气轮机喷嘴组雾化特性的试验研究

讨论了某重型燃气轮机(E级)燃烧室燃料喷嘴组雾化特性试验研究结果.应用美国TSI公司LDV/PDPA系统测得不同压力下喷嘴组雾化粒度及分布,应用软件识别方法测得喷嘴组喷雾锥角.试验结果表明:喷嘴组雾化粒度对压力变化敏感,当压力由0.4 MPa升高到1.2 MPa时,粒度由23.22μm降低到10.11μm,而雾化锥角则由73.5°降低到69.5°.试验数据为喷嘴组的设计改型提供了可靠的依据.     

拉瓦尔喷嘴结构参数选取及其雾化性能数值模拟分析

为加强喷嘴在高强度粉尘的煤矿井下的雾化性能,得到最优的结构设计和理想的雾滴粒径,本文首先依据公式得出一组拉瓦尔喷嘴的最优几何结构,探究了喉管直径、扩张角及气—液体积等物理参数对拉瓦尔式结构喷嘴雾化性能的影响规律。在气—液两相流下,运用Fluent软件对喷嘴内流场进行数值模拟,得到了喷嘴内流场的速度云图。发现喉管直径对拉瓦尔喷嘴出口速度有很大的影响;不同的扩张段半锥角对结果也有不同程度的影响;液体压力的变化对雾滴粒径的影响十分明显。喷嘴内部气—液体积比为6∶4并且气—液压力比为3∶1时,除尘效果最好。     

旋流压力式喷嘴低压喷淋特性

以自来水为喷淋介质,对旋流压力式喷嘴低压喷淋特性进行试验研究.分析喷嘴流量和喷孔直径对喷淋角、液滴Sauter平均直径(SMD)的影响规律,研究旋流压力式喷嘴喷淋液滴尺寸分布、喷淋介质径向通量分布及喷淋周相均匀度.结果表明,喷嘴流量越大,喷淋角越大,液滴尺寸越小;喷孔直径增加,喷淋角和液滴尺寸均增大.低压喷淋液滴SMD集中在250～550μm之间,属于大颗粒,得出计算液滴SMD的关联式.喷淋通量在中心最大,喷嘴流量增大,边缘区喷淋通量逐渐增加,介质喷淋周相均匀性较好.实验结果可以为旋流压力式喷嘴,以及惰性粒子流化床干燥器的设计和改进,提供实验依据.     

低温FAME乳化油掺水量对雾化特性的影响研究

冷启动问题一直是柴油发动机的问题,为改善冷启动阻碍燃油着火及不完全燃烧的问题,本文以FAME-水乳化油为研究对象,研究了乳化油在低温(263K、268K、273K)下不同混合比例(含水量5%、10%、15%)的喷雾特性,低温和含水量对雾化特性的影响,并与较高温度(283~323K)作比较,以提供解决冷启动有价值的见解。结果表明：乳化油在较低温条件下,由于表面张力较大使得液滴不易发生破碎,燃油雾化效果差。同时随着乳化油含水量的增加,索特平均直径SMD明显减小,但喷雾液相贯穿距、锥角变化不大。随着燃油温度的升高,液相贯穿距减小,而喷雾锥角在增大,油温313K之后雾化效果较好,同时SMD减小也较为明显。     

低温脂肪酸甲酯乳化油掺水量对雾化特性的影响

冷启动一直是柴油发动机的一个问题,为改善冷启动阻碍燃油着火及不完全燃烧的问题,以FAME-水乳化油为研究对象,研究了乳化油在低温(263 K、268 K、273 K)下不同混合比例(含水量5%、10%、15%)的喷雾特性,低温和含水量对雾化特性的影响,并与较高温度(283~323 K)作比较,以提供解决冷启动有价值的见解。结果表明:乳化油在较低温条件下,由于表面张力较大使得液滴不易发生破碎,燃油雾化效果差。同时随着乳化油含水量的增加,索特平均直径SMD明显减小,但喷雾液相贯穿距、锥角变化不大。随着燃油温度的升高,液相贯穿距减小,而喷雾锥角在增大,油温313K之后雾化效果较好,同时SMD减小也较为明显。     

喷孔锥度和燃油温度对柴油喷嘴内空化流动特性的影响

为弄清喷孔锥度和燃油温度对柴油喷嘴内空化流动特性的影响,阐明喷嘴内气液两相空化流动初生机制,采用背景光高速显微成像技术获得不同锥度系数及燃油温度下简化竖直单孔柴油喷嘴内空化流动及近场喷雾光学图像。结果表明：随着喷射压力增大(0.2～1.0 MPa),柴油喷嘴内燃油逐步从单相流动发展为片空化、线空化、空气倒吸和超空化等多种气液两相空化流态;云空化、线空化和空气倒吸现象的初生强烈依赖于燃油喷射压力,且具有显著的瞬态不稳定性。与圆柱形喷孔相比,渐缩锥度喷孔对各类空化流态具有明显的抑制作用,且锥度系数越大,抑制作用越显著。同时,提高燃油温度(288 K、303 K和323 K)有利于各类空化流态的初生及发展。此外,喷孔内部空化两相流动加剧了燃油射流的不稳定性,促进了射流破碎雾化,有利于增大喷雾锥角。研究为揭示各空化流态特性及其对喷雾特性的影响规律奠定了理论基础。     

基于正交设计试验的双锥药型罩结构优化

双锥药型罩成形的影响因素复杂,其壁厚、上锥角、下锥角以及上锥高度占比4个参数对形成射流的特性、侵彻性能产生重要影响。基于正交设计方法分析以上因素对射流特性及侵彻能力的影响。选取双锥药型罩的以上4个参数为正交优化的4个因素,将射流头部速度、速度梯度以及有效长度作为优化时主要的评价指标,对双锥药型罩进行结构方案优化。通过分析双锥药型罩数值仿真优化结果,得到药型罩上锥角为25°、下锥角为55°、壁厚为3.5 mm、上锥占比60%时,其形成的射流具有较好的破甲效果。     

结构参数对离心喷嘴出口液膜厚度的影响

应用基于VOF的界面跟踪方法和realizable k-ε湍流模型分析了喷嘴出口结构参数对出口液膜厚度的影响规律,并将数值结果和试验数据进行对比,证实了模型的可靠性.结果表明:在喷嘴出口处液膜以环状形式分布,中间有一空心气锥,空心气锥半径越大,液膜越薄,并且随着流量的增大,液膜的破碎长度减小;喷嘴出口扩散角越大,喷嘴出口处液膜越薄,液膜破碎长度越短;喷嘴出口直径越大,液膜破碎长度越长,但液膜厚度不稳定;喷嘴出口直管段越长,液膜破碎长度越短,但对液膜在喷嘴出口后期发展的影响不是很大.     

含稀相粒子的纳米燃油喷雾特性模拟研究

为了探究稀相纳米异质粒子对燃油射流喷雾特性的影响,基于纳米燃油喷雾可视化试验结果,应用计算流体力学软件建立含稀相纳米粒子的燃油喷雾模型,依据试验结果验证模型的准确性,并通过该模型研究喷油压力、环境温度和粒子质量浓度对CeO_2纳米燃油的喷雾特性的影响。研究结果表明:在相同喷射压力下,不同喷雾发展时刻,纳米燃油的油束贯穿距和索特平均直径(Sauter mean diameter, SMD)比柴油的大,喷雾锥角比柴油的略小。随着喷射压力提高,纳米燃油与柴油在喷雾贯穿距、喷雾锥角和SMD上的差异增大,且差异与纳米粒子质量浓度呈正相关。当射流环境温度上升时,纳米燃油与柴油在喷雾贯穿距和SMD上的差异均有所增加,且在高温环境下,纳米燃油的贯穿距和SMD会逐渐比柴油的小,纳米粒子质量浓度越高,该现象越明显,而喷雾锥角的差距有所减小。     

水力喷射压裂用喷嘴结构分析

为提高水力压裂用喷嘴在喷砂压裂过程中的喷射性能，利用计算流体力学软件建立了喷嘴流场模型，分析了喷嘴直圆柱段长度、收缩角和喷嘴全长对水力喷射特性的影响。结果表明，随着喷嘴直圆柱段长度的增加，喷射流体速度增加，能量损失减小；收缩角较小的喷嘴喷射动能较大且能量损失较小；喷嘴总长越长，流体速度保持越好。在井底空间条件限制下，通过分析3种结构参数的变化对水力性能的影响，最终确定了最优喷嘴结构参数。     

直喷汽油机自由-撞壁喷雾可视化台架开发及试验

介绍了直喷汽油机可视化喷雾及其撞壁实验装置与控制系统,详细阐述了高压供油系统的设计、直喷汽油机喷油器驱动模式以及喷雾控制系统.基于该可视化装置研究了不同喷油压力和环境压力下喷雾贯穿距与喷雾锥角的变化、不同环境压力下喷雾发展与燃油浓度的变化以及不同撞壁角度和距离下喷雾撞壁特性.试验结果表明,随着喷油压力增加,喷雾贯穿距与喷雾锥角均增大;随着环境压力增加,喷雾贯穿距减小而喷雾锥角增大.此外,75°撞壁角度较60°撞壁角度更加有利于撞壁后喷雾发展和燃油雾化.开发的可视化喷雾及其撞壁试验装置与控制系统能够可靠而稳定地运行.