等离子射流与渐扩边界中液体工质相互作用特性的模拟实验

为了探索整装式液体工质电热化学炮中药室边界形状对燃烧控制的影响,采用数字高速录像系统对等离子体射流在液体工质中的扩展过程进行了测试,研究了不同放电电压、不同喷嘴直径、不同渐扩边界结构下等离子射流与液体工质的相互作用特性.获得了等离子射流在液体工质中扩展形态的时间序列图,处理出不同工况下Taylor空腔扩展的轴向位移与时...     

含能气体射流与液体相互作用的实验研究

为了研究整装式液体发射药的燃烧稳定性的控制方法,设计了点火喷射模拟装置及4种多级渐扩型观察室,利用数字高速摄像系统,观察含能气体射流在液体模拟工质中的扩展过程,并对实验中出现的喷孔壅塞现象进行了分析.结果表明:射流在渐扩型结构中扩展稳定,喷射压力、喷孔直径和渐扩结构对射流扩展形态和气液掺混过程有显著影响,通过合理调整这些参数,可以实现对射流扩展过程的有效控制;喷孔壅塞时射流扩展形态非对称,影响气液掺混,不利于控制射流的稳定性.     

高压燃气射流在整装液体中扩展过程的实验和数值模拟

为研究高压燃气射流在整装液体中的扩展规律,探索提高射流稳定性的控制方法,设计了4级渐扩型圆柱观察室.采用高速录像系统,观察了燃气射流在液体模拟工质中扩展与掺混的过程,获得了射流扩展形态的序列照片,测量了Taylor空腔的扩展速度,对比了观察室内壁形状对射流扩展过程的影响.建立了二维轴对称气液两相湍流模型,模拟射流扩展过...     

饱含液体的单胞结构对射流的干扰特性分析

基于虚拟原点理论、冲击波反射理论和射流干扰理论,考虑液体的喷散特性和径向汇聚特性,改进并完善了射流侵彻饱含液体的单胞结构的理论模型,得到了精确的射流受干扰速度区间的表达式、液体喷散速度的表达式和液体喷散流量的表达式。通过对比理论和试验得到的射流受干扰的速度区间,证明了本文理论模型的可靠性。研究结果表明:液体的喷散和径向汇聚都会影响射流的稳定性,使射流出现颈缩和提前断裂,降低射流的剩余头部速度从而降低射流的剩余侵彻能力。     

双股燃气射流在充液室内扩展特性的实验研究

为了探索高温高压双股燃气射流在整装式液体工质中的扩展特性,设计了五级圆柱渐扩型观察室和圆柱型观察室,借助数字高速录像系统,观察了双股燃气射流在充液室中的扩展过程,对比了不同的观察室边界以及不同的参数条件对双股燃气射流扩展过程的影响。实验结果表明,圆柱渐扩型观察室结构更有助于改善气液的掺混特性,通过参数的合理匹配可以一定程度上控制双股燃气射流在三维充液室中的扩展过程。     

圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度数量密度分布相关性研究

压力旋流喷嘴被广泛应用于航空发动机、船用发动机、车用汽油缸内直喷发动机、燃气轮机等动力机械的燃油喷射系统中.以压力旋流喷嘴射流为研究对象,开展了圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度数量密度分布相关性问题研究.对于液体射流,以往的研究往往对破碎液滴粒径数量密度分布或速度数量密度分布进行单独研究,对于这两种数量密度分布之间关系的研究较少;从相关性的角度对圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度数量密度分布之间的关系进行研究.采用最大熵原理方法建立了圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数.对圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数进行了讨论,对圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径数量密度分布与速度数量密度分布的相关性问题进行了研究.研究结果表明,为了给出正确的圆环旋转黏性液体射流破碎液滴粒径与速度联合概率密度函数,射流守恒约束条件中必须同时包括质量守恒定律、动量守恒定律以及能量守恒定律;破碎液滴粒径的数量密度分布与速度数量密度分布密切相关;射流旋转强度对破碎液滴粒径数量密度与速度数量密度分布结构影响不大,对破碎液滴粒径数量密度和速度数量密度的分布区域影响较大.      

可压缩旋转气体中超空化射流的热稳定性

液体射流热稳定性研究是对射流稳定性问题的更深层次的探讨,可以进一步加深对液体射流分裂与雾化机理的认识,具有重要的学术意义和工程应用价值. 基于射流稳定性理论,在同时考虑射流周围气体旋转、射流和周围气体可压缩性以及射流液体中含空化气泡的条件下,建立了描述可压缩旋转气体中超空化射流热稳定性的数学模型,并对数学模型及其求解方法进行了验证分析;在此基础上,分析了液体射流表面与周围气体间温差及射流内部温度梯度同时作用下对射流稳定性的影响;并进一步探讨了超空化射流的热稳定性. 结果表明,射流表面扰动波的最大扰动增长率、最不稳定频率以及最大扰动波数皆随气液温差的增大呈近似线性增大趋势;射流内部温度梯度的存在使得气液温差对射流的失稳作用更加显著;射流内部温度梯度会抑制超空化对射流稳定性的影响,但气液温差会在一定程度上促进超空化对射流的失稳作用.      

横向紊动射流的数值与实验研究进展

横向紊动射流作为流体运动的一种重要类型,广泛存在于如: 燃气轮机气膜冷却、锅炉燃烧室等的燃烧控制, V/STOL(垂直或短距离起落)飞机、废气排放的控制等工程实际应用中.由于射流的存在,增加了流场的复杂性,流场中同时存在射流剪切层涡、马蹄形涡系、反向旋涡对和尾迹涡等4种涡系结构,这对流体力学理论研究具有重要意义.长期以来,研究人员从理论分析、实验测量和数值模拟方面对横向紊动射流进行了大量的研究工作,目前已经认识了流场中的许多流动特性和流动机理.从数值模拟和实验研究两个方面,比较并分析了国内外横向紊动射流研究的现状和研究结果,评述了不同湍流模型以及不同的实验测量方法对横向紊动射流的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域的研究方向进行了展望.      

圆柱形充液室中4股贴壁燃气射流扩展特性的实验研究

为了探索高温高压周向均布4股贴壁燃气射流在受限空间中的扩展特性,设计了贴壁燃气射流在圆柱形充液室内扩展的实验装置,借助数字高速录像系统,观察了4股贴壁燃气射流在充液室中的扩展过程,发现由Kelvin-Helmholtz不稳定性引起的表面不规则一直存在于整个射流扩展过程;通过处理拍摄记录的射流扩展序列图,获得不同时刻射流扩展的轴向和径向位移; 对比了不同破膜喷射压力和喷孔结构参数对4股贴壁燃气射流扩展过程的影响。实验结果表明:喷孔面积越大,贴壁射流初期轴向扩展速度越大,但由于径向扩展达到交汇的时间较早,湍流掺混和干涉强烈,衰减也越快;破膜喷射压力越高,射流径向扩展到达交汇的时间越短; 破膜喷射压力从12 MPa升高到20 MPa,射流轴向扩展速度大幅增加,气液湍流掺混效应增强。     

脉冲液体射流泵能量平衡试验研究

根据脉冲液体射流泵主要流动部件的能量损失压力比,对其能量平衡进行试验,研究了主要过流部件的能量转化与脉冲频率之间的关系。与恒定液体射流泵试验数据进行对比,证明了脉冲频率、脉冲装置对脉冲液体射流泵的主要流动部件的能量损失压力比有一定的影响;且脉冲射流是提高射流泵传能及传质效率的有效途径。     

轴对称液体射流的Hamilton表述

证明带有自由面的轴对称液体圆射流和环状射流的控制方程在有势运动的情况下具有 Hamilton结构, 其Hamilton函数为射流的总能量, 并给出正则变量的表达式.     

Generation of hypersonic liquid fuel jets accompanying self-combustion

Aerodynamic behavior of pulsed hypersonic light oil jets injected at 2 km/s and 3 km/s is presented. Auto-ignition and combustion of the fuel during the injection process were visualized. The combustion around the disintegrating jet was enhanced by liquid atomization created by the very high injection pressure as well as the interfacial instability of the hypersonic jet. The jets were injected into air at low pressure and also that premixed with helium and air. It was found that the combustion was reduced in both cases despite the higher jet speed and the increased gas pressure. Received 5 November 1998 / Accepted 24 February 1999     

低速轴对称层流射流流动形态和失稳机制的实验研究

本文应用染色液和悬浮粒子显示方法,进一步实验研究轴对称层流射流的流动形态及其失稳机制。首次成功地在从一定口径的喷嘴流出的低速轴对称层流射流中观察到环形回流流动。给出了射流随速度演化及实验容器边界对其流动形态影响的显示照片,发现实际射流的轴对称波动及失稳过程正好对应射流在容器底部产生的环形旋涡的生长和破碎过程。本文认为由于实验空间有限尺度对流动的限制改变了原来射流的流动形态和流场空间的拓扑性质,射流与实际边界的相互作用对实际射流的失稳和转捩有重要的影响。     

Isothermal mass transfer in annular liquid jets with Sievert's solubility law

Summary A study of isothermal gas absorption by underpressurized, axisymmetric, thin, inviscid, incompressible, annular liquid jets which form enclosed volumes, where hazardous wastes may be burned, is presented. The study considers the nonlinear dynamical coupling between the fluid dynamics of, and the gases enclosed by, the annular liquid jet. It assumes equilibrium conditions at the interfaces, and employs Sievert's solubility law to determine the gas concentration at the gas-liquid interfaces. Both steady-state and transient conditions are considered. Under steady-state conditions, the fluid dynamics and mass transfer phenomena are uncoupled, and the rate of generation of combustion gases is equal to the mass absorption rate by the liquid. The transient behaviour of the annular jet is determined from initial conditions corresponding to steady-state operation, once there is no gas generation by the combustion of hazardous wastes. It is shown that, for most of the conditions considered in this paper, there is no leakage of gaseous combustion products through the jet's outer interface, and that the amount of gases dissolved in the liquid at the nozzle exit and the solubility ratio play a paramount role in determining the mass fluxes of hazardous combustion products at the annular jet's interfaces.The research reported in this paper was supported by Project PB91-0767 from the C.I.C.Y.T. of spain.     

同轴旋转可压缩流动中液体射流稳定性

基于线性稳定性理论,建立了描述同轴旋转可压缩流动中超空化条件下液体射流稳定性的数学模型,并对数学模型及其求解方法进行了验证;在此基础上,对模型中考虑的射流及气体可压缩性、气体同轴旋转以及超空化等因素对射流稳定性的影响进行了分析. 分析结果表明,模型中考虑射流及气体的可压缩性后,与不考虑可压缩性相比,计算得到的射流稳定性明显变差,最小液滴直径减小,分裂液滴直径变化范围变宽,且小液滴数量增多. 气体的同轴旋转在轴对称与非轴对称扰动下对射流稳定性的影响完全相反;轴对称扰动时,气体旋转使射流稳定性增强,而非轴对称扰动时则正好相反;气体旋转有可能导致影响射流稳定性的扰动模式发生根本性变化. 超空化使射流稳定性变差;超空化程度较弱时,超空化使分裂液滴最小直径减小,分裂液滴直径变化范围增大;而超空化达到一定程度后,进一步提高超空化程度,分裂液滴最小直径几乎保持不变.     

气流作用下同轴带电射流的不稳定性研究

通过对气体驱动同轴电流动聚焦的实验模型进行简化,开展了电场力和惯性力共同作用下同轴带电射流的不稳定性理论研究.在流动为无黏、不可压缩、无旋的假设下,建立了三层流体带电射流物理模型并得到了扰动在时间域内发展演化的解析形式色散关系,利用正则模方法求解色散方程发现了流动的不稳定模态,进而分析了主要控制参数对不稳定模态的影响.结果表明,在参考状态下轴对称模态的最不稳定增长率最大,因此轴对称扰动控制整个流场.外层气流速度越高,气体惯性力越大,射流的界面越容易失稳.内外层液-液同轴射流之间的速度差越大,射流越不稳定.表面张力对射流不稳定性起到促进作用.轴向电场对射流不稳定性具有双重影响:当加载电场强度较小时,射流不稳定性被抑制;当施加电压大于某一临界值时,轴向电场会促进射流失稳.临界电压的大小与界面上自由电荷密度和射流表面扰动发展关系密切.这些结果与已有的实验现象吻合,能够对实验的过程控制提供理论指导.