傾斜射流撞壁在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)液膜冷卻、射流撞壁霧化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。為了研究?jī)A斜射流撞擊壁面后形成的液膜的關(guān)鍵特征,開展單股圓柱射流撞擊壁面的實(shí)驗(yàn)研究。從實(shí)驗(yàn)中研究各射流參數(shù)對(duì)液膜外形的影響規(guī)律,繼而開展理論建模,獲取液膜外形的關(guān)鍵幾何參數(shù)表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)隨著射流傾角增大,液膜長(zhǎng)度減小而寬度增大,隨著射流孔徑和射流速度增大液膜長(zhǎng)度和寬度均增大這一定性規(guī)律。理論分析得到了液膜最大寬度位置與液膜對(duì)稱面的夾角近似等于射流傾角α,液膜的長(zhǎng)寬比近似等于1+cotα。通過進(jìn)一步分析得到液膜寬度、最大寬度距撞擊點(diǎn)的距離、液膜長(zhǎng)度這幾個(gè)液膜關(guān)鍵參數(shù)的表達(dá)式。建立的液膜幾何參數(shù)表達(dá)式預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差均在20%以內(nèi)。 

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

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)裝置

壁面采用透明的樹脂平板，經(jīng)測(cè)定，水在實(shí)驗(yàn)中所采用樹脂平板上的平衡接觸角為73°。實(shí)驗(yàn)加工了8只噴嘴，噴嘴截面如圖2所示，dj為射流孔徑，Lh為射流孔長(zhǎng)度，α為射流傾角。8只噴嘴的射流孔徑從0.3～1.0 mm變化，長(zhǎng)徑比Lh/dj均為10，并在射流孔入口處加工了45°倒角，噴頭材質(zhì)為不銹鋼，實(shí)驗(yàn)中的噴嘴安裝于噴桿之中，噴桿可以沿著角度調(diào)節(jié)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制射流傾角，實(shí)驗(yàn)中，噴嘴與豎直平板夾角的誤差不超過1°。噴桿雖然可以通過前后伸縮控制射流出口距壁面的距離，但是受限于噴嘴及其附屬結(jié)構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)尺寸，噴嘴出口實(shí)際上與壁面是有一定距離的，并且在實(shí)驗(yàn)過程中，噴嘴結(jié)構(gòu)不能緊貼壁面，與壁面之間需留有空隙。另一方面，在實(shí)驗(yàn)中需要盡量縮短射流出口與壁面之間的距離。在綜合考慮之下，在實(shí)驗(yàn)中保持噴嘴出口與壁面之間的距離為10 mm。即在圖2中，射流中心O1與豎直平板的距離為10mm。在實(shí)驗(yàn)中，射流孔徑、射流傾角、射流速度這3個(gè)因素可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中射流速度是根據(jù)流量及孔徑計(jì)算得到的。針對(duì)軌姿控發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的液膜形成方式，開展射流撞壁的實(shí)驗(yàn)研究，以水作為實(shí)驗(yàn)液體，采用的射流孔直徑變化從0.3～1.0mm，射流傾角變化從10°～40°，射流速度變化范圍從5～20m/s。通過高速攝影拍攝，獲得了100多組有效工況下的液膜鋪展圖像。實(shí)驗(yàn)中不同工況對(duì)應(yīng)的各參數(shù)取值如表1所示。

同時(shí)可以定性觀察到液膜形態(tài)隨著射流條件變化的趨勢(shì)。圖4為孔徑為0.4 mm、射流速度15m/s時(shí)，不同射流傾角對(duì)應(yīng)的液膜形態(tài)�？梢钥闯�，隨著射流傾角增大，液膜長(zhǎng)度減小，寬度增大。圖5是射流傾角為20°、射流速度15m/s時(shí)，不同射流孔徑對(duì)應(yīng)的液膜形態(tài)�？梢钥闯�，隨著孔徑增大，液膜長(zhǎng)度和寬度均增大。圖6為孔徑為0.4mm、射流傾角為20°時(shí)，不同射流速度對(duì)應(yīng)的液膜形態(tài)�？梢钥闯�，隨著射流速度增大，液膜長(zhǎng)度和寬度也均增大。圖4 射流傾角對(duì)液膜形態(tài)的影響

【參考文獻(xiàn)】：
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