环膜液体射流破碎机理的研究

论文摘要

射流是自然界和工程中大量存在的现象,射流雾化机理的研究是一具有重要理论和工程应用背景的课题,特别是对于柴油机和直喷式分层燃烧汽油机。在各种射流模式中有一类称为环膜液体射流,这是一种需要空气辅助或扰动的雾化形式。由于该现象的复杂性,对其本质的认识和理论解释还远没达到令人满意的程度。本文着重对环膜液体射流的破碎机理进行了理论和实验研究。运用线性不稳定性理论,获得了表征环膜液体射流不稳定性的特征方程—色散方程。通过对该方程进行数值求解,研究了环膜液体射流在不同条件下（不同的韦伯数We、雷诺数Re、速度比U、密度比Q和旋转强度?、Γ）,两种扰动模式在零阶模式（n=0）和高阶模式（n=1,2）时射流破碎最大扰动增长率和波数的关系。计算结果表明:由于韦伯数（We）和雷诺数（Re）同时作用在内、外两个气-液界面上,因而,这两个参数对两种扰动模式均会产生影响且效果较显著。凡是与内气体介质相关的无量纲参数（Ui、Qi、?）都主要对类反对称模式的扰动产生影响,凡是与外气体介质相关的无量纲参数（Uo、Qo、Γ）都主要对类对称模式的扰动产生影响,这一结论无论是对于零阶模式还是高阶模式同样成立。一般,在一定条件下高阶模式下的最大扰动增长率要低于零阶模式。采用阴影法和数字激光全息技术研究喷雾场的形态特征。实验结果表明,对于同一种燃料,改变喷油装置的脉冲宽度并不能改善喷油质量;对于不同的燃料（本文选用柴油和无水乙醇）,乙醇的雾化质量要优于柴油。这与理论计算的结论是相吻合的。利用基于夫琅和费衍射的粒度测量技术和数字激光全息技术对喷雾场的粒度分布进行研究。实验分析表明,在水平方向,喷嘴中心线和喷物体边缘处粒径较大,中间位置粒径较小。在竖直方向呈现出这样的趋势:液滴在喷嘴最近处的粒径较大,随后变小,再逐渐增大,最后又经历一次由小变大的过程。此外还将柴油和乙醇燃料的粒径进行比较,发现柴油粒径大于乙醇粒径,说明乙醇比柴油易于雾化。这与理论计算的结论是相吻合的。实验结果还证明了数字激光全息技术在内燃机喷雾测量上的应用是可行的。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 液体射流破碎机理研究
• 1.3 环膜液体射流
• 1.4 课题的意义及主要工作
• 第二章 线性不稳定性的理论研究与数值分析
• 2.1 线性不稳定性的理论研究
• 2.2 研究中涉及的一些概念
• 2.3 表面波形式
• 2.4 环膜液体射流不稳定性的理论分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 射流参数对环膜液体射流不稳定性的影响
• 3.1 液体射流各阶模式的不稳定性
• 3.2 若干影响因素对环膜液体射流破碎模式的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 实验系统的组成及其工作原理
• 4.1 基本实验装置及喷射介质
• 4.2 喷雾形态实验系统的组成及工作原理
• 4.3 粒子场测量实验系统的组成及工作原理
• 4.4 本章小结
• 第五章 喷雾形态的研究
• 5.1 阴影法拍摄结果的分析
• 5.2 数字全息技术拍摄结果的分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 环膜液体射流粒子场的测量
• 6.1 喷雾粒度测量
• 6.2 液滴尺寸表达式和平均滴径的定义
• 6.3 粒度测量实验中测量点的选择
• 6.4 粒度仪测量实验结果及分析
• 6.5 数字激光全息技术对粒子场的测量结果及分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢