加热条件下液体射流破碎机理的分析-analysis of liquid jet breaking mechanism under heating condition.docx

摘要I摘要射 iA是自然界和工程中大量存在的现象，射流雾化机理的研究是一具有重 要理论意义和工程应用背景的课题。特别是在柴油机、立喷式汽油机、燃气轮 机和烧油的工业炉窑中液体燃油的喷射、雾化及其与空气的混合是整个燃烧过 程的一个关键环节。此外，液膜射流破碎的研究也占有重要地位。很多液体射 iJ祀的破碎问题，例如由旋流喷嘴所形成的空心锥喷雾的破碎最终都可以归结为 浪膜射流的破碎问题。本文着重探讨了加热条件下粘性液膜和圆柱射流的破碎 机涩。对不同温度下，探索丁具有两个自由变形表面的动态液膜的热不稳定性，得到色散方程，利用 muller 方法对色散方程进行数值求解。利用计算结果，研 究了加热条件下反对称模式 (s inuous) 和对称模式 (var icose) 粘性液膜射流大、 小尺度破碎模式的破碎机理，以及 Weber 数 (We) 、密度比Q) 、Marangoni 数 (Ma) 和 011日创orge 数 (Z) 等无量纲参数和射流速度、气体密度、液体粘性、液月莫厚度、 温度梯度、液体种类等实际射流参数对反对称模式和对称模式液膜射流破碎特性的影响。运用线性热不稳定性理论，建立了加热条件下粘性液体射入气体介质的圆 柱射流模型，得到了农征圆柱射;元的热不稳定性的色散方程，并利用mu 11 er 方法进行数值求解，根据求解结果 3研究了加热条件下圆柱射流的Reyleigh ‘Taylor破碎模式的破碎机理，探讨了元量纲参数Weber数 (We) 、密度比(0)、 Marangoni数 (Ma) 和 Ohnesorge 数 (Z) 等和实际射流参数射流速度、气体密度、 液体粘性、喷-11...半径、温度梯度、液体种类等对圆柱射 jjt 破碎最大扰动增长率 II占优波钦的影响.为证明理论的正确性，建立了一套由定容燃烧装置、燃油喷射系统、注度 J立命 IJ 系统、压力控制系统、冷却系统、光学拍摄系统和计算机采集系统组成的 实验系统。分别采用阴影法和纹影法对液体射流的破碎特征进行了研究。分析 了环境温度、环境压力、油泵转速、起喷压力、喷孔直径及液体种类对射流破 碎特性的影响。实验结果证明了所建立的加热条件下液体射流破碎理论的正确 性。此外，还进行了 MALVERìi 测粒度实验，对常温下的射流破碎机理进行验证。关键词:射况破碎机理，汉膜，因柱射流，热不稳定性，阴影法，纹影法Il ABSTRACTABSTRACTThe breakup and atomization of liquid jets are of theoretical ímportance and havc been widely used in engineering ，esp巳巳ially，i日 díesel engínes and gas turbinesetc ，The injection atomization and mixing of fuel with the anlbient gas has essential eJTectson the combllstion processes ， Moreover咱 the atomization of liqllid sh民ts isalso important for many engineering applications ，A lot of the breakup of liquid jet ，for example ，the breakllP of atomízation of the thin liquid sheet in swirl nozzles in gas burners where a hollow cone is formed咱巳an finally come down to the breakup of liquid sheet. In present work ，a fllrther investigation is thlls carried out on the m巳chanism of atomizatio且 of both liquid sheetsωd cylindrical j 巳t under heatingconditio l1，ηle linear themlocapillar instability of a viscous liquid sheet in motion throllgh a 吕as is investigated and its díspersion eqllation is obtained which is solved by the Muller method ，Using the calculation