不同伴随流条件下的集束射流流场特性.docxVIP

不同伴随流条件下的集束射流流场特性

赵飞;孙冬柏;朱荣;杨凌志

【摘要】Thefieldcharacteristicsofcoherentjetandconventionalsupersonicjetwasstudiedbynumericalsimulationandexperimentunderdifferentshroudinggasparameterconditions.Theresultsshowthatthetemperatureandpressureofthenozzleexitisaffectedbyshroudinggasanditleadstovelocityandtemperaturefluctuationsofthesupersonicjet.Thelow-densityandhigh-speedenvironmentproducedbyhightemperatureandhighflowoftheshroudinggasprotectssupersonicjet,andreducesradialexpansionandaxialvelocityattenuationrateofthejet.Thehigherthetemperatureandfloware,thelongerthevelocityandtemperaturecorelengthofthejetare.Comparedwithconventionalsupersonicjet,thedistributionsofhalf-jetwidthandvorticityarechangedbyshroudinggas.Withthehightemperatureandflowoftheshroudinggas,theturbulenceintensityofthejetmaintainsatlowleveloveralongdistance.%针对不同伴随流参数条件下的集束射流和普通超音速射流流场特性进行数值模拟和试验研究.研究结果表明:伴随流气体影响喷管出口温度和压力,导致超音速主射流速度和温度出现重复波动;高温、大流量伴随流气体形成的低密度和高速环境可保护超音速射流,降低射流径向的扩展率和轴向速度的衰减速率;伴随流气体温度越高,流量越大,射流速度和温度核心段长度越长.与普通超音速射流相比,伴随流气体改变射流半速度宽度和涡量的分布;伴随流温度越高,流量越大,射流在更长的距离内保持较低的湍流强度.

【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2018(049)002

【总页数】8页(P282-289)

【关键词】伴随流;超音速射流;流场特性

【作者】赵飞;孙冬柏;朱荣;杨凌志

【作者单位】北京科技大学国家材料服役安全科学中心,北京,100083;北京科技大学国家材料服役安全科学中心,北京,100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京,100083;中南大学资源加工与生物工程学院,湖南长沙,410083

【正文语种】中文

【中图分类】TF724.3

超音速氧气射流广泛应用于转炉和电弧炉炼钢。高速氧气射流进入熔池中与钢液发生化学反应，通过气流对熔池的搅拌作用而加速冶炼过程。考虑到氧气射流的冲击深度，超音速射流马赫数一般为2.0左右[1?2]。超音速射流在运动过程中会卷吸周围环境气体，导致射流沿径向直径的扩展和轴向速度的衰减，减少射流对熔池的冲击力[3?4]。集束射流技术可降低射流动量的损失并延长射流核心段的长度[5]。集束射流技术的原理是在普通超音速射流的基础上环绕火焰，利用火焰的封套作用减少超音速射流对周围环境气体的卷吸，抑制超音速射流速度的衰减。多年来，MAHONEY等[6?7]对集束射流特性进行了广泛的研究：LIU等[8]研究了CH4作为伴随流气体条件下集束射流对金属熔池的搅拌力；MEIDANI等[9]通过水模试验研究了伴随压缩空气条件下的超音速射流；ALAM等[10]模拟计算并对比了有无环绕气体和火焰条件下普通射流和集束射流特性；LIU等[11]通过模拟和试验研究了不同环境温度和主氧温度条件下集束射流流场特性。上述研究主要针对不同伴随流燃料和氧气流量条件下的集束射流流场特性，但无法表征具体伴随流参数对超音速射流流场特性的影响。最近，ODENTHAL等[12]提出了利用高温气体代替火焰包裹形成集束射流的方法，并对此进行了模拟研究。本