發(fā)布時間：2021-07-25 18:45

　　為全面把握撞擊式噴嘴的工作特性,進(jìn)一步認(rèn)識霧化在燃燒不穩(wěn)定中所起的作用,采用試驗結(jié)合數(shù)值模擬的方法開展了強(qiáng)迫擾動條件下撞擊式噴嘴的非穩(wěn)態(tài)霧化特性研究。試驗方面,采用水力擾動裝置產(chǎn)生噴前壓力擾動,由脈動壓力傳感器記錄噴前的脈動壓力,由高速攝影對動態(tài)的噴霧場進(jìn)行背光拍攝。數(shù)值模擬則是基于開源程序Gerris開展,通過給定周期性變化的速度入口來模擬前端壓力擾動下的撞擊霧化過程。首先驗證了建立的數(shù)值模擬方案處理非穩(wěn)態(tài)霧化的有效性,其次將自然霧化與強(qiáng)迫擾動霧化進(jìn)行對比,分析了強(qiáng)迫擾動條件下的撞擊霧化特性,最后研究了擾動頻率與擾動幅值對于撞擊霧化的影響。結(jié)果表明:強(qiáng)迫擾動下的射流撞擊噴霧場出現(xiàn)了弓形液滴群局部聚集的現(xiàn)象,并且在時間上表現(xiàn)出周期性特征,霧化頻率與強(qiáng)迫擾動的頻率一致。在研究的頻率范圍（1 257～3 563Hz）內(nèi),撞擊式噴嘴的霧化對擾動都有響應(yīng)。擾動頻率主要影響相鄰弓形液滴群之間的間距以及霧場與擾動壓力之間的相位關(guān)系,擾動幅值則主要影響霧化Klystron效應(yīng)的強(qiáng)度。隨著擾動幅值的增大,液膜的破碎長度減小,撞擊點(diǎn)下游的流量特性由線性向非線性轉(zhuǎn)變,由正弦波形轉(zhuǎn)變?yōu)槎盖颓熬壊ㄐ巍?nbsp;

【文章來源】：航空學(xué)報. 2020,41(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：22 頁

【部分圖文】：

試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

圖1 試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖由Kistler脈動壓力傳感器采集噴前的脈動壓力，由XP5壓力傳感器記錄周期性變化的噴注壓降，采樣頻率均設(shè)定為20 480 Hz。由高速攝影對霧場進(jìn)行背光拍攝，設(shè)定高速相機(jī)的拍攝頻率為每秒拍攝20 480張圖片，圖像分辨率為512pixel×512pixel。通過同步觸發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)脈動壓力測量與霧場拍攝的同步，同步測量的原理為脈動壓力傳感器對脈動壓力不間斷采集，由信號發(fā)生器產(chǎn)生一個階躍信號觸發(fā)高速攝影工作。高速攝影觸發(fā)的時間精度為2μs,DG535信號發(fā)生器的時間精度為ns量級，而數(shù)采系統(tǒng)采樣的時間精度為10μs，根據(jù)木桶原理整個同步觸發(fā)裝置的時間精度應(yīng)為10μs，目前試驗所做的最高擾動頻率約為3 563Hz,10μs的時間精度等級可以滿足試驗需求。

試驗采用的撞擊式噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，兩束圓柱射流軸線的交點(diǎn)定義為撞擊點(diǎn)，液體工質(zhì)加壓噴射之后在撞擊點(diǎn)處相互撞擊完成霧化過程。圖3中標(biāo)注了撞擊式噴嘴的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)，選用了射流直徑d為1mm與0.8mm兩種孔徑的噴嘴，撞擊角2θ=60°，噴嘴出口到撞擊點(diǎn)的噴射距離L約為6.9mm。2 數(shù)值模擬方案及算例驗證

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]液氣動量比對內(nèi)混式直流氣液噴嘴霧化特性影響[J]. 楊國華,張波濤,周立新,王凱.  火箭推進(jìn). 2019(05)
[2]背壓對撞擊式噴嘴霧化特性影響研究[J]. 李佳楠,雷凡培,周立新.  推進(jìn)技術(shù). 2020(04)
[3]液體火箭發(fā)動機(jī)背壓振蕩環(huán)境下的霧化特性研究進(jìn)展[J]. 李佳楠,雷凡培,周立新,楊岸龍.  推進(jìn)技術(shù). 2019(11)
[4]Periodic atomization characteristics of an impinging jet injector element modulated by Klystron effect[J]. Anlong YANG,Bin LI,Shangrong YANG,Yunfei XU,Longfei LI.  Chinese Journal of Aeronautics. 2018(10)
[5]壓力振蕩對氣液同軸離心式噴嘴自激振蕩的影響[J]. 康忠濤,王振國,李清廉,成鵬.  航空學(xué)報. 2018(06)
[6]射流在不可壓氣流中破碎過程高精度數(shù)值仿真[J]. 張波濤,張友平,張民慶.  火箭推進(jìn). 2018(01)
[7]噴前壓力脈動對撞擊式噴嘴霧化特性的影響[J]. 楊尚榮,楊岸龍,李龍飛,費(fèi)俊,張鋒.  推進(jìn)技術(shù). 2017(05)
[8]直流互擊式噴注單元霧化特性準(zhǔn)直接數(shù)值模擬[J]. 李佳楠,費(fèi)俊,楊偉東,周立新,劉昌波.  推進(jìn)技術(shù). 2016(04)
[9]CFD模擬方法的發(fā)展成就與展望[J]. 閻超,于劍,徐晶磊,范晶晶,高瑞澤,姜振華.  力學(xué)進(jìn)展. 2011(05)
[10]由噴嘴連接的燃燒室到供應(yīng)系統(tǒng)壓力振蕩傳遞過程研究[J]. 楊立軍,富慶飛.  航空動力學(xué)報. 2009(05)

博士論文
[1]液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒穩(wěn)定性理論、數(shù)值模擬和實(shí)驗研究[D]. 黃玉輝.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2001



本文編號：3302569