冪律流體撞擊射流破碎機理的實驗研究

1、 冪律流體 冪律流體撞擊 撞擊射流破碎 射流破碎機理的實驗研究 機理的實驗研究 An Experimental Study on the Breakup of Power-law Liquid Sheets Formed by Two Impinging Jets 學科專業(yè)：動力機械及工程 研 究 生：王恩東 指導教師：杜青 研究員 天津大學機械工程學院 二零一二年十二月 摘 要 液體射流是廣泛存在于自然界和工程中的現(xiàn)象， 它的破碎霧化

2、是一個具有重要理論意義和工程意義的課題。其中撞擊射流破碎由于其結構簡單、成本低廉、破碎霧化效果好而得到廣泛應用，如化學工藝過程的發(fā)生器，特種發(fā)動機等等。作為自然界廣泛存在的流體， 非牛頓流體由于自身的復雜性和多樣性， 其破碎機理尚未得到統(tǒng)一的認識， 尤其在撞擊射流方面， 冪律型非牛頓流體撞擊射流破碎的理論研究進展緩慢， 實驗研究的深度和廣泛程度也還不夠。 本文旨在從實驗方面深入研究冪律型非牛頓流體撞擊射流破碎霧化的過程。 設計并搭建了包

3、括液體輸運與蓄壓系統(tǒng)、 撞擊射流系統(tǒng)、 光學圖像采集系統(tǒng)以及脈沖控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)在內的撞擊射流實驗系統(tǒng)， 實現(xiàn)了對冪律流體撞擊射流破碎過程及形貌變化的實驗研究。 獲得了撞擊射流破碎光學圖像， 從中定義提取出了可以表征冪律流體撞擊射流破碎發(fā)展過程及形貌變化的特征參數(shù)， 包括破碎模式、破碎長度、液膜擴展角、沖擊角，并研究了其變化規(guī)律。 實驗結果表明隨著射流速度增加液膜依次出現(xiàn)五種破碎模式， 液膜擴展角增大，破碎長度并非線性變化，而是出現(xiàn)先增

4、加后減小的變化特征，這與破碎模式的轉換有關。 噴嘴的幾何形狀也對撞擊破碎產生重要影響， 相對于圓圓撞擊和方方撞擊，膜膜撞擊液膜的破碎長度更小，擴展角更大，空間分布更均勻、廣泛，粒徑更小， 破碎效果較好。 撞擊夾角對液膜破碎特征具有較大的影響， 夾角越大，破碎長度越小， 液膜擴展角越大。 冪律指數(shù)和稠度系數(shù)均不利于冪律流體射流的破碎，隨著液體粘性的增加，射流破碎長度增大，液膜擴展角減小。對于方膜撞擊，其破碎呈現(xiàn)扇形三維曲面結構形式，保持液