航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中,液體燃料在氣動(dòng)力及射流不穩(wěn)定性的共同作用下破碎形成液滴。液體燃料的霧化過程、特別是初始霧化過程非常復(fù)雜,至今無法建立準(zhǔn)確的初始霧化模型。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對液體橫向射流的破碎機(jī)理以及破碎過程進(jìn)行研究。理論研究采用線性不穩(wěn)定性分析法,分別在忽略射流粘性（工質(zhì)為水）及考慮射流粘性（工質(zhì)為水、酒精及甘油水混合物）時(shí)對射流的色散方程進(jìn)行推導(dǎo)。根據(jù)表面波的增長率及波數(shù)的發(fā)展情況對射流的破碎做出預(yù)測。實(shí)驗(yàn)研究采用高速攝影儀,通過觀測破碎動(dòng)態(tài)過程,分析射流破碎的特性。工質(zhì)為水,射流直徑為1mm。研究結(jié)果表明:無粘液體射流表面波增長率由射流速度剪切、橫向氣動(dòng)力及液體表面張力主導(dǎo)。氣體韋伯?dāng)?shù)或液體韋伯?dāng)?shù)增大時(shí),射流表面波的增長率顯著增加,同時(shí)最佳波長明顯減小。臨界液氣動(dòng)量比表示Rayleigh-Taylor（R-T）與Kelvin-Helmholtz（K-H）何種不穩(wěn)定性主導(dǎo)射流破碎過程。液氣動(dòng)量比大于臨界值時(shí),K-H不穩(wěn)定性占主導(dǎo)作用;反之,R-T不穩(wěn)定性占主導(dǎo)作用。二維剪切氣流在射流方向上具有速度梯度,氣體韋伯?dāng)?shù)與液體韋伯?dāng)?shù)對射流破碎的作用與均勻氣流相似;而剪切氣流只改變橫向... 

【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

發(fā)動(dòng)機(jī)主燃區(qū)污染物排放量與溫度關(guān)系圖[5]

??哂懈?叩幕繁Ｐ閱埽?臀廴救忌帳壹際跏塹鼻案鞴?芯康?熱點(diǎn)問題。從1970年左右開始，全球知名燃?xì)廨啓C(jī)公司開始了對高推力情況下的低NOx排放的研究。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在低排放先進(jìn)燃燒技術(shù)發(fā)展方面取得了一些可指導(dǎo)工程實(shí)踐的研究成果[6]。液體射流橫向噴射霧化迅速、可調(diào)噴射位置且結(jié)構(gòu)簡單，可以有效地應(yīng)用于低污染燃燒室中[7]。例如，NASA的高速民機(jī)（HSCT）項(xiàng)目集中研究了未來超音速民機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)擬采用的低污染燃燒室，包括貧油直接噴射（LDI）燃燒室及貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)（LPP）燃燒室。其中，在貧油直接噴射燃燒室（圖1-2）中，空氣經(jīng)過徑向旋流器后，燃油在其中進(jìn)行噴射，與橫向射流結(jié)構(gòu)具有很高的相似性。而在貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒室的燃油預(yù)蒸發(fā)預(yù)混管（圖1-3）中，燃油也以橫向噴霧方式在高溫空氣幫助下蒸發(fā)并混合，能夠達(dá)到更好的摻混效果。此外，鈍體穩(wěn)焰器的近壁耦合燃料噴嘴同樣采用液體橫向射流[8]。圖1-2典型LDI噴嘴圖1-3LPP典型預(yù)混預(yù)蒸發(fā)管未來低污染低排放燃燒室的發(fā)展方向以及研究重點(diǎn)為燃油直接噴入預(yù)混預(yù)蒸發(fā)裝置中，在與空氣充分混合之后形成混合油氣從而完成燃燒。這就要求深入地研究燃油在氣流中的霧化、破碎、蒸發(fā)等狀態(tài)以及油氣的混合情況，從而既能提升燃燒室的性能又可以控制污染物的排放，增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性。同時(shí)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)，氣體來流往往是非均勻、湍流數(shù)較大的，并且燃油是粘性較大的，因此，為了使研究的相關(guān)結(jié)果在實(shí)際工程中得到有效的應(yīng)用，必須研究在較為復(fù)雜的非均勻氣流中以及考慮液體的相關(guān)物性參數(shù)下的霧化破碎機(jī)理。在目前氣流中射流霧化破碎研究方面，以非均勻氣流場中的有粘射流破碎霧化研究最受關(guān)注，因此本課題將重點(diǎn)研究該內(nèi)容。

污染燃燒室中[7]。例如，NASA的高速民機(jī)（HSCT）項(xiàng)目集中研究了未來超音速民機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)擬采用的低污染燃燒室，包括貧油直接噴射（LDI）燃燒室及貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)（LPP）燃燒室。其中，在貧油直接噴射燃燒室（圖1-2）中，空氣經(jīng)過徑向旋流器后，燃油在其中進(jìn)行噴射，與橫向射流結(jié)構(gòu)具有很高的相似性。而在貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒室的燃油預(yù)蒸發(fā)預(yù)混管（圖1-3）中，燃油也以橫向噴霧方式在高溫空氣幫助下蒸發(fā)并混合，能夠達(dá)到更好的摻混效果。此外，鈍體穩(wěn)焰器的近壁耦合燃料噴嘴同樣采用液體橫向射流[8]。圖1-2典型LDI噴嘴圖1-3LPP典型預(yù)混預(yù)蒸發(fā)管未來低污染低排放燃燒室的發(fā)展方向以及研究重點(diǎn)為燃油直接噴入預(yù)混預(yù)蒸發(fā)裝置中，在與空氣充分混合之后形成混合油氣從而完成燃燒。這就要求深入地研究燃油在氣流中的霧化、破碎、蒸發(fā)等狀態(tài)以及油氣的混合情況，從而既能提升燃燒室的性能又可以控制污染物的排放，增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性。同時(shí)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)，氣體來流往往是非均勻、湍流數(shù)較大的，并且燃油是粘性較大的，因此，為了使研究的相關(guān)結(jié)果在實(shí)際工程中得到有效的應(yīng)用，必須研究在較為復(fù)雜的非均勻氣流中以及考慮液體的相關(guān)物性參數(shù)下的霧化破碎機(jī)理。在目前氣流中射流霧化破碎研究方面，以非均勻氣流場中的有粘射流破碎霧化研究最受關(guān)注，因此本課題將重點(diǎn)研究該內(nèi)容。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：2989472