本文關(guān)鍵詞：冪律流體雙股射流碰撞霧化的試驗研究

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【摘要】：雙股射流碰撞霧化器由于結(jié)構(gòu)簡單,易于制造和維修,且在各種射流壓力下都能較好的霧化和混合,因此被廣泛應(yīng)用于液體火箭發(fā)動機中。而冪律流體作為一種新型的推進劑類型,是將液體推進劑凝膠化,同時具有固體和液體推進劑的優(yōu)勢,但是因其粘度較大、流變特性復(fù)雜,導(dǎo)致霧化困難,霧化特征與牛頓流體存在較大差異。因此,研究冪律流體的雙股射流碰撞霧化特征具有重要意義,有助于實現(xiàn)對霧化效果的有效控制。本文綜述了牛頓流體與冪律流體的雙股射流碰撞霧化的國內(nèi)外相關(guān)研究,發(fā)現(xiàn)相對于牛頓流體,冪律流體的霧化特征研究有所欠缺,定量分析較少。在此基礎(chǔ)上,確定了本文的研究內(nèi)容和試驗方案。設(shè)計并改進了雙股射流碰撞霧化試驗系統(tǒng),在原有試驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,針對冪律流體搭建了冪律流體輸運系統(tǒng)和氣流擾動系統(tǒng),使整個試驗系統(tǒng)能夠滿足需要,調(diào)試PIV粒子測速儀以測量噴霧速度場。配制了不同質(zhì)量濃度的卡波姆凝膠模擬液,測量分析了流變特性,得到冪律流體本構(gòu)方程中的流變參數(shù)。進行冪律流體的雙股射流霧化特征試驗,測量分析了破碎模式、液膜特征、液滴的粒徑特征及速度分布。結(jié)果表明:不同流變特性的冪律流體的破碎模式的種類和形式不同;液膜的長寬比隨著粘度的增大而增大,液膜的表面波波長隨著射流韋伯數(shù)的增大而減小,液膜的破碎長度隨著韋伯數(shù)的增大而先增大后減小,呈單峰狀;隨著射流韋伯數(shù)的增大,噴霧角先線性增大后趨于穩(wěn)定,收斂值略大于碰撞角度。冪律流體的液滴的索太爾平均直徑隨著射流韋伯數(shù)的增大而減小,收斂值略大于牛頓流體,完全霧化所需要的射流壓差遠大于牛頓流體。速度場呈對稱分布,中心軸處軸向速度最大,徑向速度最小。研究射流參數(shù)對冪律流體霧化特征的影響。結(jié)果表明:在較小射流韋伯數(shù)下,兩股射流存在偏心度時,會出現(xiàn)鏈狀液膜,且偏心度越大,鏈結(jié)越短,兩股射流長度不同時,會出現(xiàn)魚骨模式;碰撞角度越大,則液膜的長寬比越小,噴霧角越大,破碎長度越短,對索太爾平均直徑的收斂值影響較小;添加氣流擾動能夠促進霧化,增大液膜表面波的強度,使破碎模式更快發(fā)展,減小液膜寬度,但是會降低牛頓流體噴霧場的均勻性;添加了金屬粒子的冪律流體的強度變低,破碎長度隨韋伯數(shù)變化較小,最大破碎長度明顯變小,進入各個破碎模式都相對更早,所需要的射流壓差更低,破碎后液滴的索太爾平均直徑的收斂值與不添加金屬粒子的冪律流體基本相同,達到收斂的速度更快。
【關(guān)鍵詞】：冪律流體 霧化特征 韋伯數(shù) 射流不對稱度 金屬粒子
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V434
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 雙股射流碰撞霧化介紹10-11
• 1.3 霧化性能的表征11-15
• 1.4 牛頓流體的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4.1 液膜特征和破碎模式的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4.2 液滴特征的研究現(xiàn)狀16
• 1.4.3 添加金屬粒子的冪律流體的霧化特征16-17
• 1.4.4 冪律流體的理論研究17
• 1.5 霧化性能的表征17-20
• 1.6 課題的研究內(nèi)容和意義20-22
• 第2章 試驗系統(tǒng)與測量方法22-36
• 2.1 雙股射流碰撞霧化系統(tǒng)22-28
• 2.1.1 壓力-流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)23-24
• 2.1.2 壓力測量系統(tǒng)24-25
• 2.1.3 噴射系統(tǒng)25-26
• 2.1.4 方位調(diào)節(jié)系統(tǒng)26-27
• 2.1.5 氣流擾動系統(tǒng)27-28
• 2.1.6 冪律流體輸運系統(tǒng)28
• 2.2 試驗系統(tǒng)操作步驟28-29
• 2.3 PIV測速儀的測量方法29-33
• 2.3.1 PIV的組成和測量原理30-32
• 2.3.2 PIV的運行調(diào)試32-33
• 2.4 霧化參數(shù)的測量方法33-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 冪律流體的配制及流變特性36-42
• 3.1 引言36
• 3.2 冪律流體的配制36-38
• 3.3 流變特性的測量及分析38-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 冪律流體的霧化特征42-62
• 4.1 射流參數(shù)的標定42-47
• 4.1.1 射流速度的標定42-45
• 4.1.2 碰撞角度的標定45-47
• 4.2 破碎模式及液膜特征47-57
• 4.2.1 牛頓流體的破碎模式47-49
• 4.2.2 冪律流體的破碎模式49-55
• 4.2.3 液膜的破碎長度55-56
• 4.2.4 噴霧角56-57
• 4.3 液滴的粒徑特征57-59
• 4.4 液滴的速度場59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 射流參數(shù)對冪律流體霧化特征的影響62-78
• 5.1 射流不對稱度對冪律流體霧化特征的影響62-65
• 5.1.1 射流偏心度對冪律流體霧化特征的影響62-64
• 5.1.2 射流長度不對稱度對冪律流體霧化特征的影響64-65
• 5.2 碰撞角度對冪律流體霧化特征的影響65-67
• 5.3 添加氣流擾動對霧化特征的影響67-74
• 5.3.1 對牛頓流體霧化特征的影響68-71
• 5.3.2 對冪律流體霧化特征的影響71-74
• 5.4 添加金屬粒子對冪律流體霧化特征的影響74-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論78-80
• 參考文獻80-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果83-85
• 致謝85

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本文編號：606504