為了獲得韋伯?dāng)?shù)對緊耦合霧化噴嘴初始破碎模式的影響規(guī)律,利用流體體積函數(shù)（volume of fluid,VOF）模型對以水和空氣為工質(zhì)的典型緊耦合環(huán)縫型霧化噴嘴的初始破碎過程進(jìn)行數(shù)值模擬,并利用高速攝影技術(shù)對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。重點(diǎn)分析韋伯?dāng)?shù)對緊耦合霧化初始破碎模式、初始破碎長度的影響,以及不同初始破碎模式的內(nèi)在形成機(jī)制和特點(diǎn)。在液體雷諾數(shù)為4 500,氣體動(dòng)力韋伯?dāng)?shù)為70到18 650時(shí),隨韋伯?dāng)?shù)的增加,緊耦合霧化初始破碎模式由韋伯?dāng)?shù)為70的膜狀破碎模式向韋伯?dāng)?shù)為330的振蕩卷吸破碎模式轉(zhuǎn)變,當(dāng)韋伯?dāng)?shù)大于1 700時(shí),緊耦合霧化的初始破碎模式轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆砦扑槟Ｊ?其中振蕩卷吸破碎模式和典型金屬霧化過程中的噴泉狀破碎模式類似。初始破碎長度隨韋伯?dāng)?shù)的增加逐漸減小,在韋伯?dāng)?shù)大于4 560后,基本維持恒定。噴嘴導(dǎo)液管底端存在的卷吸渦狀結(jié)構(gòu)會(huì)對初始破碎模式產(chǎn)生重要影響,渦狀結(jié)構(gòu)在完全卷吸破碎模式時(shí)最明顯。 

【文章來源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020,20(17)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

典型緊耦合噴嘴模型

計(jì)算模型和邊界條件如圖2所示,由于計(jì)算重點(diǎn)針對導(dǎo)液管底端區(qū)域的初始破碎過程進(jìn)行研究,對計(jì)算模型進(jìn)行一定簡化,沒有考慮氣體在集氣腔內(nèi)和液體在導(dǎo)液管內(nèi)的流動(dòng)。計(jì)算域具體結(jié)構(gòu)為靠近噴嘴出口的圓柱空間區(qū)域,高為60 mm,直徑為47.4 mm。計(jì)算域邊界條件設(shè)置:霧化氣體進(jìn)口為質(zhì)量流量進(jìn)口,液體進(jìn)口為速度進(jìn)口,外圓柱面和底面出口為壓力出口,其余邊界為絕熱壁面條件。利用ICEM軟件對計(jì)算模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分,在噴嘴環(huán)縫和導(dǎo)液管底端位置等參數(shù)變化梯度較大的區(qū)域進(jìn)行了重點(diǎn)加密,同時(shí)針對壁面附近進(jìn)行了邊界層加密處理。以單相氣體流場中心線速度分布為對象,經(jīng)過網(wǎng)格無關(guān)解驗(yàn)證,最后確定網(wǎng)格數(shù)量為54萬。根據(jù)Zeoli等[15-16]的研究,在商用CFD軟件FLUENT中采用VOF+LES(large eddy simulation)的方法對緊耦合霧化的初始破碎過程進(jìn)行數(shù)值模擬,先進(jìn)行只有霧化氣體作用時(shí)的單相穩(wěn)態(tài)計(jì)算,獲得穩(wěn)態(tài)霧化流場結(jié)果。以穩(wěn)態(tài)單相計(jì)算結(jié)果作為初場,加入液體進(jìn)行瞬態(tài)兩相計(jì)算。

實(shí)驗(yàn)臺原理如圖3所示。實(shí)驗(yàn)臺由供氣路、供液路和測試系統(tǒng)組成。供氣路中霧化氣體為空氣,由壓氣機(jī)氣源提供,經(jīng)過除塵、除油和除水蒸氣處理后進(jìn)入霧化噴嘴。供液路中霧化液體為水,儲存在恒溫水浴池中,通過直流無刷變頻調(diào)速水泵進(jìn)入噴嘴導(dǎo)液管。空氣流量通過熱式流量計(jì)進(jìn)行測量,液體流量通過渦輪流量計(jì)進(jìn)行測量。初始破碎過程通過FastcamSA4高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝,拍攝參數(shù)為30 000幀/s,同時(shí)利用70 W白光攝影燈作為背景光源,以獲得較優(yōu)的拍攝效果。4 研究參數(shù)及工況

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于CFD技術(shù)的超音速噴嘴兩相流破碎機(jī)制研究[J]. 朱玲玲,吳建軍,劉明翔,隋大山,崔振山.  粉末冶金材料科學(xué)與工程. 2018(03)
[2]惰氣霧化過程中粉末破碎機(jī)理研究[J]. 馬堯,王旭,胡宇,石長江.  熱噴涂技術(shù). 2017(01)
[3]旋轉(zhuǎn)流場作用下金屬熔體初始霧化過程數(shù)值模擬[J]. 王書桓,方云楚,趙定國,張凱璇,宋春燕.  中國粉體技術(shù). 2016(04)
[4]粉末冶金技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用[J]. 曲選輝,張國慶,章林.  航空材料學(xué)報(bào). 2014(01)
[5]開渦狀況下緊耦合氣霧化的成膜機(jī)理[J]. 歐陽鴻武,黃伯云,陳欣,余文燾,張新.  中國有色金屬學(xué)報(bào). 2005(07)

碩士論文
[1]緊耦合氣霧化流場結(jié)構(gòu)和霧化機(jī)理研究[D]. 陳欣.中南大學(xué) 2007



本文編號：3138581