液—液循环流化床液滴形成特性研究

基于图像采集与处理方法对液-液循环流化床液滴形成特性进行了实验研究,提出了形成液滴的3种液-液雾化方式,考察了液-液雾化方式与射流长度脉动、液滴粒径分布的相关性,获得了液-液雾化方式的转变规律以及雾化强度、射流长度脉动和液滴粒径分布基于相对雷诺数的变化规律.结果表明,雾化过程与相对雷诺数密切相关,随着相对雷诺数的增加,雾化强度持续增强,液-液雾化方式由滴流型向层流射流型转变,最后发展为湍流射流型;在整个相对雷诺数实验范围内,射流长度的脉动表现出随机和非周期的特点,其标准方差与平均值的变化规律基本一致,在相对雷诺数为1.3×104时达到最大值;液滴的粒径分布参数一直增大到湍流射流型雾化阶段,在相对雷诺数为2.5 ×104时,液滴的粒径均匀性最好,而液滴平均粒径总体上随相对雷诺数的增大不断减小,形成液滴的最小平均粒径发生在湍流射流型雾化阶段.     

荷电黏性液体射流线性不稳定性分析

根据线性不稳定性理论分析了扰动压强场和扰动电场,对荷电液体射流受力特性进行分析,建立了荷电黏性液体射流色散方程,通过数值计算分析了射流速度、荷电电压及黏度对荷电液体射流不稳定性的影响．研究结果表明：增加射流速度或荷电电压均能使射流不稳定性增加,表面波最大增长率及其对应的最优波数、最大波数均增大,射流破碎形成的液滴特征尺寸减小．黏度的提高使射流趋于稳定不易破碎,表面波最大增长率及其对应的最优波数减小,射流破碎形成的液滴特征尺寸增大,而最大波数保持不变．射流速度在0—1m/s范围内,非荷电与荷电情况下0阶表面波始终存在;非荷电时,只有当射流速度达到一定数值时1阶表面波才出现,荷电后,1阶表面波在更小的射流速度时即可出现;0阶表面波最大增长率大于1阶表面波最大增长率,在液体射流破碎过程中占据主导地位．     

液—液分散雾化非相溶两相流界面追踪模拟

基于VOF方法并考虑界面张力影响与界面重构,分别建立不同喷射流率下的非相溶两相流界面追踪模型,追踪液-液分散雾化过程中油-水两相界面变化,模拟了射流破碎和液滴形成、生长与破碎等微观特征,分析了准则数对射流破碎与液滴形成的影响机理。结果表明:所建立的界面追踪模型能模拟不同喷射流率下液-液分散雾化形成液滴过程,但高喷射速率时捕捉流场中小尺度涡破碎过程的能力仍有不足;在不同的液滴形成模式下,射流液体的破碎均具有随机性,并随喷射流率的增大而增强,射流破碎依靠两相界面的波动和失稳形成体积较小的液滴;Re、Ca和Bo准则数对滴流和层流射流时形成的液滴与射流表面及其破碎处的形状的影响比较大,而对于湍动射流而言,则主要影响射流破碎程度和形成液滴的粒径。     

对冲喷头喷雾场液滴分布特性试验

植保扇形喷头的喷雾扇形面内不同位置处液滴直径是不相同的,呈现接近于U形分布的中间液滴直径小而两侧液滴直径偏大的情况,这导致同高度水平方向上各点处的液滴在靶标上的沉积行为不同,致使防治效果存在差异。本文对出水口孔径1mm和切槽角30°的对冲喷头喷雾场的液滴直径分布特性进行试验,该喷头是基于射流和撞击流耦合作用的新型喷头,发现对冲喷头在喷雾扇形面内的液滴直径呈现中间区域液滴直径较大且均匀而两侧液滴直径较小的特性,如喷施压力0.4MPa时在300mm高度测试面上,喷雾扇形面内中间区域液滴直径在265~268μm,而靠近两侧边缘处的液滴直径在250~252μm,这有利于解决喷杆式喷雾机大田作业时液滴直径分布不均匀的不足;并对喷头这一特性进行理论分析,提出在分裂区的3次雾化（即扰动雾化、撞击雾化和振荡雾化）是引起这一特性的根本原因。同时采用径向不均匀指数对喷雾场的液滴分布均匀特性进行定量表征分析,发现径向不均匀指数能够总体反映喷雾场的非均匀特性,当喷施压力在0.6~0.7MPa范围时,径向不均匀指数在0.47~0.51较小范围内变化,说明在该压力范围内工作时喷头喷雾场具有良好的液滴均匀分布特性。     

基于高速摄像技术的生物柴油静电雾化研究

采用2万帧/s高速数码相机对生物柴油单液滴静电雾化现象进行微距拍摄,对比分析了荷电与非荷电时液滴的变形以及运动情况,获得了不同电压下液滴的雾化模式以及锥射流模式中Taylorcone的锥长和锥角的变化。结果表明：液滴粒径随着电压增大而减小,下落速度随着电压增大而增大;荷电后同一型号毛细管中生物柴油的变形率大于水,生物柴油小液滴的变形程度大于大液滴;随着电压增大,液滴依次经历滴状模式、过渡阶段、锥射流模式、多股射流模式,在锥射流中Taylor-cone的锥长与电压呈正比,锥角与电压呈反比;电导率对液滴运动有影响,电导率小的液滴基本沿毛细管轴向运动,而电导率大的液滴既有轴向运动又有径向运动。     

农药液滴撞击移动液膜和非对称冠状水花形成机理分析

研究农药液滴在植物表面的撞击规律对于提高农药喷雾效率、促进农业病虫害治理具有重要意义。采用CLSVOF（Coupled level set and volume of fluid）方法建立单液滴撞击水平运动液膜的数值模型,通过分析撞击后液体内部的压力分布、速度分布和涡量云图,验证了运动间断、射流形成和射流顶部末端飞溅机制,揭示了非对称水花形成机理。由计算结果可知,液膜流动产生冠状水花主要体现在两侧射流发展行为不一致、冠基厚度不均匀和两侧射流末端飞溅现象不对称,并且受液膜流动惯性的影响,冠基随着液膜流动发生迁移,当无量纲速度U=0.8、无量纲时间T=3.47时,冠基完全迁移至撞击点右侧;颈部压差机制导致射流形成,射流的发展由液滴的径向运动和射流端部的旋涡共同决定,随着液膜流速的增大(0～0.8),上游的射流沿水平方向快速生长,下游射流则倾向于垂直向上延伸,两侧射流末端运动速度均增大;液滴径向运动速度和铺展速度之间的速度差决定了射流末端飞溅状态,上游液膜流动方向与液滴铺展方向相反,故上游末端飞溅行为比下游显著。     

甲醇温度和压力对喷雾特性的影响试验

为了解甲醇自身温度及喷射压力变化对喷雾特性的影响,使用高速摄像机和三维激光相位多普勒颗粒分析仪(PDPA),分别对25、50、60、70、80℃的液态甲醇及喷醇压力为0.3、0.4、0.5 MPa时的甲醇喷雾进行了研究。结果表明:随着甲醇温度的升高,喷雾雾化质量提高,甲醇射流液柱减少,液滴索特平均直径(SMD)减小,同时喷雾主射流区向外扩张。另外,喷雾贯穿距和液滴速度均呈先增大后减小的趋势,在70℃时达到最大值。在相同温度下,喷醇压力的增加提高了喷雾液滴速度,有助于贯穿距的增大,同时液滴索特平均直径(SMD)明显减小。因此在柴油机进气预混甲醇燃烧的实际应用中,升高液态甲醇温度至70℃左右,并适当增大喷醇压力至0.5 MPa,是一种有效提高气道内甲醇雾化效果的方法。     

喷射参数对扇形喷嘴雾化特性的影响

针对扇形喷嘴雾化特性问题,在Ansys Fluent中基于Taylor Analogy Breakup(TAB)破碎模型,采用Eulerian-Lagrangian连续相与离散相耦合算法,实现了扇形喷嘴的液滴破碎、雾化形成及气液两相流场的非定常数值模拟,完成了喷射压力与喷雾高度2个参数对扇形喷嘴液滴速度、液滴直径、离散相模型(DPM)质量浓度、液滴通量(N)等雾化特性参数的影响研究,通过激光粒度仪在试验台上得到了液滴索特平均直径(D_SM),并与模拟结果进行了对比.研究结果表明:随着喷射压力的升高,液滴的速度越大,液滴在计算域内平均停留时间越短,在计算域停留的液滴数越少;液滴的索特平均直径(D_SM)、液滴体积中值直径(D_VM)、数量中值直径(D_NM)随着喷射压力的升高越来越小,喷射压力为0.3 MPa后液滴D_SM减小的趋势变大,这有利于改善实际作业中的雾化质量,当然在有风状态下也会加大雾滴飘逸的风险.喷雾高度对液滴D_SM影响不大.不同喷射压力下DPM质量浓度以及喷雾的覆盖面积不受喷射压力的影响,由于N的变化与液滴D_SM呈三次方,与覆盖面积A呈反比关系,液滴的数量通量随着喷射压力的变大而逐渐变大.DPM的质量浓度随着喷雾高度的升高而逐渐降低,喷雾的覆盖面积随着喷雾高度的升高而逐渐变大.由于液滴的D_SM随喷雾高度的变化可忽略不计,因此液滴数量通量随着喷雾高度的增加而逐渐变小.不同喷射压力下和不同喷雾高度下试验和模拟计算所得到的D_SM变化趋势一致,整个过程的误差不超过10%.     

柴油机燃油喷孔内流动及对近场喷雾特性的影响

针对柴油机燃油射流初始段破碎过程试验观测上的困难,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)和VOF多相流模型,对燃油高压射流流动特性及其近嘴区射流初始雾化过程进行数值研究。根据喷孔内空化、湍流以及环境气体和射流之间相互作用,建立单喷孔计算模型,并采用了Sou试验结果对所建模型的合理性进行验证。结果表明:喷嘴内空化、湍流,以及环境气体和射流的相互作用是燃油近嘴区初始射流破碎的主要原因。孔内湍流和空化相互促进,空化泡溃灭使射流产生扰动促进射流表面波增长以及射流初次破碎,射流与环境气体的空气动力学效应进一步加速射流破碎效果,随着空化效应的增强,射流与环境气体相互作用区域湍动能和亚网格涡黏度也增强,燃油雾化质量也得到提高。计算结果为柴油机利用其孔内流动特性来增强燃油雾化效果提供理论依据。     

柴油机不宜低速长时间运转

柴油机一般不应在低速下长时间运转。主要是从柴油机雾化质量方面考虑。喷油器喷油雾化质量好坏主要与喷油压力、喷油孔直径和凸轮轴转速有关。由于喷油孔直径一般已固定,因此柴油雾化质量好坏就决定于喷油压力和凸轮转速。喷油压力越高,凸轮轴转速越快,     

外开式汽油喷油器喷雾特性研究

在定容弹内,采用纹影和激光Mie散射技术研究了外开式压电晶体汽油喷油器使用汽油、正丁醇和乙醇时的喷雾特性。结果表明,外开式喷油器喷油形成的空心圆锥状喷雾结构由线状油束组成。喷油背压对喷雾的宏观形态影响较大。随着喷油背压的升高,喷雾中油线间隙减小并最终消失,同时喷雾贯穿度与面积均大幅减小,但喷雾锥角基本不随背压、燃料种类和时间的变化而变化。此外,随着背压的升高,喷雾横向贯穿度的减小程度大于轴向贯穿度,但是横向贯穿度始终大于轴向贯穿度。粘度较大的乙醇和正丁醇的轴向贯穿度大于汽油。横向贯穿度与喷油产生的涡流有关。涡流尺度越大,则横向贯穿度也越大。     

淹没条件下自激脉冲射流冲蚀试验研究

为了对比不同淹没条件下连续射流和低压大流量自激吸气式脉冲射流冲蚀效果,利用自行研制的射流冲蚀系统进行了射流冲蚀石蜡效果试验研究,得到不同淹没水深下射流打击力、吸气量、石蜡冲蚀深度、石蜡冲蚀体积和石蜡冲蚀表面积等.结果表明：在不同淹没水深下,连续射流打击力大于吸气脉冲射流,而吸气脉冲射流打击力又大于不吸气脉冲射流打击力,且随着水深的增大,自吸气与不吸气之间脉冲射流打击力差值越来越小;当淹没水深较小时（≤30 m）,由于气体对石蜡剥蚀作用较强,连续射流冲蚀深度小于吸气脉冲射流,而当水深较大时（≥40 m）,由于吸气量变小,剥蚀作用减弱,冲蚀深度则相反;在冲蚀面积和体积上,在各种淹没水深下吸气脉冲射流冲蚀效果均好于连续射流,且随着水深的增加,两种射流的冲蚀面积和体积逐渐变小,差值也越来越小.     

缸内直喷汽油机旋流喷射喷雾特性影响因素的分析研究

为了研究影响缸内直喷汽油机高压旋流喷嘴喷雾特性的因素,对高压旋流喷射初始阶段运动进行了理论分析研究,确定了影响初始喷雾旋流体运动的无量纲参数。通过试验改变空心旋流体内外压差、初始旋流强度、旋流体油膜厚度,发现喷雾特性呈不同的变化趋势。随着旋流体内外压力差的增大,喷雾锥角明显减小而贯穿度变化不大;旋流强度增加,喷雾贯穿距离明显增加,而喷雾锥角变化不大;增加旋流体初始厚度,可以使喷雾在自由空间中外形尺寸增加。     

不同燃料的喷嘴内流动与喷雾形态可视化试验

采用高速可控闪光摄影技术搭建了喷油器喷孔内流动及近场喷雾可视化试验装置,针对柴油、汽油、乙醇柴油、生物柴油4种燃料,对实际尺寸的透明喷油器喷孔内的流动及近场喷雾进行了对比试验研究。试验研究结果表明:所有试验燃料喷孔内均呈现空穴流动,低运动粘度、高饱和蒸气压的燃料空穴生成时刻更早、空穴强度更强;喷孔空穴强度较大的燃料具有更大的近场喷雾锥角;喷射结束后喷孔内会产生气体倒流现象并形成初始气泡,初始气泡体积随燃料表面张力的减小而增大。同时发现,针阀运动会对压力室和喷孔内的流动产生极大的扰动并影响其流动形态。     

水翼表面布置射流水孔抑制空化

为研究水翼表面布置射流水孔对空化的抑制效果,采用RNG k-ε湍流模型结合全空化模型对8°攻角NACA0066(MOD)水翼进行二维非定常空化流场计算,分析当射流比分别为0.1,0.2和0.3时的水翼表面空化流场结构及其演化过程的流动特性,得到了不同射流条件下水翼升阻力系数的变化趋势.计算结果表明:布置射流水孔可以有效阻挡回射流从翼型尾部向翼型头部的运动,使得空泡脱落现象明显减弱,从而抑制了片空化向云空化的发展,且随射流比增加,射流对回射流和云空化的抑制作用更加显著;射流的注入同时使得升力系数和阻力系数的波动幅度明显降低,有效减弱了升阻力的周期性振荡;虽然时均升力和时均阻力受射流的影响有下降趋势,但升阻比呈上升趋势,水翼升阻比由无射流孔时的6.11增加到射流比为0.3时的7.06,布置射流孔还起到了减阻的作用.     

双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流的数值模拟

为研究自激振荡脉冲喷嘴结构参数对内部空化射流流场的影响,以单腔室自激振荡脉冲喷嘴结构为基础,对采用前后串联方式建立的双腔室自激振荡脉冲喷嘴进行Fiuent数值模拟.选用RNG k-ε湍流模型,分析来流雷诺数、前后腔室腔长比、腔径比的改变对空化射流的影响,并以腔室内的液相体积分数及喷嘴出口处的流速作为流场变化的评价指标.数值研究结果表明:当双腔室内部来流雷诺数由2.98×10⁵变到4.31×10⁵时,喷嘴腔室内的空化程度先增大后减小,与之相对应的液相体积分数先减小后增大;前后腔室腔长比为0.67时,腔室内空化气囊形状规则同时具有对称分布的涡环结构,有利于脉冲空化射流的发生;当腔室腔径比为1.20时,腔室内涡环结构与空化气囊均具有一定的对称性,同样可促进脉冲空化射流的发生,同时在出口处速度分布均匀且流速较大.     

喷筒结构对风送式喷雾机射流动力的影响

风送式喷雾机借助风机产生的高速气流在喷口处雾化药液,并将细小的雾滴输送到目标的各个部位,射流动力方程是用来衡量驱动喷雾机的性能标准。通过对风送喷雾机喷筒内的气流速度、射流动量、射流动力等的分析,得出当风送喷雾机鼓入喷筒空气动力相同、气流速度相同时,喷筒结构的包络角和喷筒直径对出口气流速度耦合影响:喷筒出口流速越高,射流动力越大;并通过试验得到了验证,从而为设计合适的喷筒结构和提高喷雾机性能参数提供依据。     

高压涡旋喷油器喷雾撞壁机理研究

为了研究直喷式汽油机高压涡旋喷油器喷雾撞壁机理,测量了撞壁喷雾的高度、喷雾半径及喷雾远端速度,分析了不同喷射压力、环境背压、喷嘴到壁面的距离、壁面倾角等因素对撞壁喷雾的影响.随着喷射压力、喷嘴到壁面的距离及壁面倾角的增加,喷雾的贯穿距离增大;环境背压的增大导致喷雾的贯穿距离减小.较高的喷射压力和较低的环境背压增大了撞壁燃油与壁面的接触面积,在壁面上形成的薄膜加速了燃油的蒸发.由经验公式计算得到的撞壁喷雾贯穿距离与试验测量值在一定范围内具有一致性,为燃烧室的设计、进气道形式的选取、喷油器和火花塞的布局提供了试验依据.     

车用汽油机缸内直喷技术的研究现状与展望

从汽油机的混合气形成与调节、燃油喷射、燃烧系统3方面对车用汽油机缸内直接喷射技术的发展及新技术进行了概述。车用汽油机缸内直接喷射技术有很大的发展潜力，将得到更大发展并取代目前的进气道直接喷射方式。通过对排放、积炭、催化器及燃油喷射系统等问题的分析和探讨，提出了缸内直接喷射式汽油机进一步发展的方向和建议。     

柴油液滴撞击倾斜壁面碰撞速度效应数值分析

采用复合水平集和流体体积法并综合考虑传热及接触热阻的作用建立了液滴碰撞倾斜壁面的数值模型,并验证了模型的可靠性。通过分析计算,获得了柴油液滴撞壁动力学形态的变化规律,揭示了液滴撞壁流动破碎机理,探索了液滴前、后铺展系数和铺展速度、总铺展系数以及壁面平均热流密度的碰撞速度效应规律。研究表明:液滴碰撞倾斜壁面射流和飞溅特征仅出现在前铺展边缘,且射流存在颈部破碎和根部破碎;液滴前铺展边缘射流区域内压力梯度是射流形成、发展及其颈部、根部断裂的主要原因;毛细波的作用是射流颈部和根部破碎的关键因素;碰撞速度越大,液滴的前、后铺展系数和铺展速度、总铺展系数以及壁面平均热流密度均越大;随着碰撞速度的增加,液滴撞壁特性的碰撞速度效应逐渐减小。