超声速气流中液体横向射流结构特性试验研究

论文摘要

本文对来流马赫数2的超声速气流中液体横向射流结构特性及空间分布进行了研究。论文研究主要采用试验研究的方法,综合运用高速摄影、阴影、PIV、Malvern及PDA等光学观测方法对射流结构及分布进行研究。文中综合运用五种光学观测方法对射流穿透深度分析方法进行比研究,根据试验图像特点采用不同的数据处理方法获得射流穿透深度曲线。结果表明:PIV方法获得的穿透深度为PDA方法的90%,Malvern和PIV获得的结果相近,均高于高速摄影、高速阴影法。PIV方法能够较好的捕捉射流边界信息,同时获得射流瞬态结构。利用PDA、Malvern分析了液滴速度及粒径分布,结果表明液滴纵向速度沿射流方向先增大后减小,分布在射流外围的液滴粒径大,随着射流向下游发展液滴粒径不断减小。对超声速气流中液体射流的空间分布进行研究,分析了喷注压降及喷孔直径对射流空间分布的影响。采用PIV和高速摄影方法研究射流空间分布特性,研究表明:射流喷注压降增大、喷孔直径增大,射流穿透深度及射流展向分布随之增大,其中喷孔直径的影响大于喷注压降。喷注压降对射流穿透深度的影响大于对射流展向扩展的影响,喷孔直径对射流分布影响较大。综合多工况试验数据,总结了射流穿透深度及展向分布经验公式并与文献结果进行对比。对射流振荡的研究表明:射流边界存在两种典型的振荡,一种是由表面波动不断发展引起的小尺度波动,另一种是由射流破碎,液体分布不均匀导致的大尺度波动,两种波动共同作用,致使射流边界的振荡幅度沿流向不断增大。弓形激波与射流的相互作用沿流向不断减弱,x>7mm时射流边界的振荡对弓形激波几乎没有影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 理论研究进展
• 1.3 试验研究进展
• 1.3.1 射流穿透深度
• 1.3.2 射流展向扩展
• 1.3.3 射流横向扩展
• 1.3.4 射流雾化特性
• 1.4 数值仿真研究进展
• 1.5 论文主要研究内容
• 第二章 试验系统及试验方案
• 2.1 试验台架
• 2.1.1 超声速风洞系统
• 2.1.2 介质供应系统
• 2.1.3 测控系统
• 2.2 光学观测系统
• 2.2.1 高速摄影系统
• 2.2.2 高速阴影系统
• 2.2.3 Malvern系统
• 2.2.4 PIV系统
• 2.2.5 PDA系统
• 2.3 试验方案
• 2.3.1 试验研究目标
• 2.3.2 试验件设计
• 2.3.3 试验研究内容及方法
• 2.4 小结
• 第三章 超声速气流中液体射流结构特征分析
• 3.1 超声速气流流场结构
• 3.1.1 无射流超声速流场
• 3.1.2 有射流超声速流场
• 3.2 射流瞬态结构
• 3.3 液滴分布特征
• 3.3.1 液滴速度分布
• 3.3.2 液滴粒径分布
• 3.4 射流穿透深度
• 3.4.1 射流穿透深度理论模型
• 3.4.2 射流穿透深度分析方法
• 3.4.3 不同提取方法的比较
• 3.5 射流展向扩展
• 3.6 小结
• 第四章 超声速气流中液体射流空间分布影响因素研究
• 4.1 喷注压降对射流空间分布的影响
• 4.1.1 喷注压降对纵向分布的影响
• 4.1.2 喷注压降对射流展向分布的影响
• 4.2 喷孔直径对射流空间分布的影响
• 4.2.1 喷孔直径对纵向分布的影响
• 4.2.2 喷孔直径对展向分布的影响
• 4.3 射流边界经验公式
• 4.3.1 射流穿透深度经验公式
• 4.3.2 射流展向扩展经验公式
• 4.4 小结
• 第五章 超声速气流中液体射流振荡特性初步探究
• 5.1 射流振荡特征分析方法
• 5.1.1 射流振荡特征
• 5.1.2 射流振荡特征的提取方法
• 5.2 射流边界振荡的变化规律
• 5.3 弓形激波振荡的变化规律
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文研究工作总结
• 6.2 进一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果