同轴气流式液体射流不稳定性及失稳分裂研究

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液体射流广泛应用于自然界及工程当中,在内燃机中,喷射系统的燃油喷射、失稳雾化以及和周围气流混合是保证燃油高效燃烧的重要因素,有利于提高发动机的动力性、经济性以及排放特性。而内燃机燃油的喷射过程,从理论上讲就是液体射流的失稳过程,对射流不稳定性及失稳分裂的研究有非常重要的研究意义。论文采用线性不稳定性分析方法对同轴旋拧气流式黏性液体射流进行了研究。在考虑周围气流的可压缩性、旋拧作用以及液体射流的黏度下推导得到描述同轴旋拧气流式液体射流的色散准则关系式并进行了验证分析;基于推导得到的色散方程对其进行空间模式下的数值求解,并对求解结果与相关文献结果比对,验证了求解方法的正确性。根据周围气流的速度方向进行分组,分为三种情况:轴向引射速度(气流仅存在轴向速度)、同轴旋转速度(气流仅存在周向速度)以及旋拧速度(气流同时存在轴向速度和周向速度)。基于建立的色散方程,分析了不同气流速度形式下,射流扰动增长率的变化规律以及射流表面的扰动占优模式;并在每种气流速度形式下,分别探讨了气体可压缩性、液体黏性、气液密度比、表面张力变化对射流稳定性的作用。通过研究,明确了周围气流运动引起的气动力对射流不稳定性的作用,以及气体可压缩性、液体黏度等流体物性在不同形式气流速度下对射流不稳定性的影响规律。基于建立的色散方程,对射流空间发展形态及射流分裂破碎展开研究。得到了不同气流速度形式下射流界面扰动变化规律及射流的三维空间发展形态图;取无量纲射流分裂长度和分裂液滴粒径作为射流分裂雾化宏观、微观特性的代表,分别讨论了气体可压缩性、液体黏性、气液密度比、表面张力对雾化特性的影响。通过研究,明确了同轴气流式液体射流喷射过程中的空间发展状态,气动力对射流扰动形态的作用,以及气体可压缩性、液体黏度等流体物性在不同气流轴向引射速度和气流同轴旋转速度下对无量纲分裂长度和分裂液滴粒径的作用。图88幅,表2个,参考文献90篇。
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