圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性及破碎研究.pdf

1、壓力旋流噴嘴被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、船用發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)用汽油缸內(nèi)直噴(GDI)發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等動(dòng)力機(jī)械的燃油噴射系統(tǒng)中。射流穩(wěn)定性對(duì)液體射流的破碎與霧化具有決定性作用。論文以壓力旋流噴嘴射流為研究對(duì)象，開(kāi)展了圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性問(wèn)題研究;研究工作可以深化對(duì)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性及其影響因素和影響規(guī)律的理解，為圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流的控制及利用研究提供依據(jù)。
　　建立了三維非軸對(duì)稱擾動(dòng)下具有固體渦核型旋轉(zhuǎn)速度分布的圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性

2、液體射流色散方程，對(duì)色散方程進(jìn)行了空間模式數(shù)值求解。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流反對(duì)稱與對(duì)稱占優(yōu)模式分析、圓環(huán)粘性液體射流旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性分析、液體粘性對(duì)非軸對(duì)稱擾動(dòng)下圓環(huán)旋轉(zhuǎn)液體射流穩(wěn)定性作用分析、射流旋轉(zhuǎn)對(duì)表面張力對(duì)射流穩(wěn)定性作用影響分析、表面張力和射流曲率對(duì)射流旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性作用影響分析。通過(guò)研究，明確了圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流擾動(dòng)占優(yōu)模式以及射流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度、射流內(nèi)外部氣體軸向運(yùn)動(dòng)、射流液體粘性和表面張力、環(huán)形射流曲率等對(duì)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液

3、體射流穩(wěn)定性的作用。
　　采用常數(shù)變易法，對(duì)m階非齊次修正貝塞爾方程進(jìn)行了解析求解;推導(dǎo)出存在溫度擾動(dòng)的圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流能量擾動(dòng)控制方程的解析解和邊界條件以及描述射流自由面擾動(dòng)發(fā)展的色散方程;對(duì)色散方程解的存在性和唯一性進(jìn)行了證明。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了存在溫度擾動(dòng)的圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流的穩(wěn)定性分析。通過(guò)研究，明確了溫度擾動(dòng)的存在對(duì)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流最大擾動(dòng)增長(zhǎng)率、最不穩(wěn)定頻率和不穩(wěn)定截?cái)囝l率的影響，對(duì)射流擾動(dòng)占優(yōu)模式的影響，以

4、及射流與周?chē)h(huán)境氣體溫差、貝克來(lái)數(shù)Pe、表面張力溫度變化率等對(duì)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性的作用。
　　采用攝動(dòng)方法，在三維非軸對(duì)稱擾動(dòng)條件下，推導(dǎo)出具有固體渦核型旋轉(zhuǎn)速度分布的圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流二階擾動(dòng)控制方程和二階擾動(dòng)邊界條件;建立了描述圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性的二階色散方程。在此基礎(chǔ)上，對(duì)一階和二階擾動(dòng)在圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流穩(wěn)定性中的作用、空氣動(dòng)力學(xué)作用對(duì)圓環(huán)粘性液體射流界面穩(wěn)定性的影響以及圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流非線性穩(wěn)定性

5、進(jìn)行了分析。通過(guò)研究，明確了非線性穩(wěn)定性理論在預(yù)測(cè)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流破碎中的作用，空氣動(dòng)力學(xué)作用對(duì)圓環(huán)粘性液體射流界面穩(wěn)定性的影響，以及射流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度、氣液密度比、圓環(huán)射流曲率、射流液體粘度等對(duì)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流界面發(fā)展以及射流破碎長(zhǎng)度的影響。
　　采用最大熵原理方法對(duì)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流破碎液滴粒徑與速度的數(shù)量密度分布進(jìn)行了研究，推導(dǎo)出圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流破碎液滴粒徑與速度聯(lián)合概率密度函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)破碎液滴粒徑與速度聯(lián)合

6、概率密度函數(shù)進(jìn)行了討論;對(duì)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流破碎液滴粒徑和速度的數(shù)量密度分布特性、破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布與速度數(shù)量密度分布的相關(guān)性以及液滴碰撞和蒸發(fā)對(duì)破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布的影響等進(jìn)行了分析。通過(guò)研究，明確了射流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度、射流韋伯?dāng)?shù)、氣液速度比、氣液密度比等無(wú)量綱射流參數(shù)對(duì)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)粘性液體射流破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布和速度數(shù)量密度分布的影響，破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布與速度數(shù)量密度分布的相關(guān)性，以及破碎液滴碰撞強(qiáng)度、蒸發(fā)強(qiáng)度或蒸發(fā)持

7、續(xù)作用時(shí)間等對(duì)破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布粒徑范圍、破碎液滴粒徑數(shù)量密度分布峰值等的影響和作用。
　　搭建了壓力旋流噴嘴射流穩(wěn)定性研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);提出了基于傅里葉變換的壓力旋流噴嘴射流振蕩頻率提取方法以及基于攝影和圖像處理的壓力旋流噴嘴射流形態(tài)、射流破碎長(zhǎng)度和射流錐角提取方法。在此基礎(chǔ)上，利用激光衍射方法和攝影方法對(duì)壓力旋流噴嘴射流穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)研究，明確了不同射流流量、不同射流液體物性、不同噴嘴出口內(nèi)徑時(shí)壓力旋流噴嘴射流的