含周期脈動(dòng)的低速射流破碎的數(shù)值模擬.pdf

1、噴射成形是上世紀(jì)七十年代發(fā)展起來(lái)的金屬加工工藝，霧化是該工藝的重要物理過(guò)程，噴嘴是實(shí)現(xiàn)霧化過(guò)程的核心部件。在超音速霧化噴嘴中，高速氣體中的脈動(dòng)對(duì)氣液射流界面穩(wěn)定性和霧化質(zhì)量有很大影響，它引起的共振現(xiàn)象是霧化的主要機(jī)制之一。超音速霧化噴嘴工作時(shí)可能出現(xiàn)回流和反噴現(xiàn)象，影響其工作的可靠性?，F(xiàn)有的研究認(rèn)為這可能與噴嘴附近壓力場(chǎng)分布有關(guān)。 盡管許多類型的超音速噴嘴被用來(lái)作為霧化的手段，但迄今為止對(duì)于脈動(dòng)及其流場(chǎng)的響應(yīng)等基本問(wèn)題，人們認(rèn)識(shí)

2、得還不夠深入。本文將對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行探討。 由于噴射霧化的機(jī)理本身比較復(fù)雜，而且高密度比、多尺度等問(wèn)題又給數(shù)值計(jì)算帶來(lái)了困難，因此本文針對(duì)低速射流，引入周期性脈動(dòng)速度，利用數(shù)值方法研究了兩相流流場(chǎng)的共振特性以及共振對(duì)流場(chǎng)和界面運(yùn)動(dòng)、射流Rayleigh模式破碎特性的影響，分析了由此產(chǎn)生的脈動(dòng)壓力場(chǎng)的影響，力圖為噴射霧化的研究打下基礎(chǔ)，為解決噴嘴工作不可靠問(wèn)題提供理論指導(dǎo)。 研究結(jié)果表明： 1)未加脈動(dòng)時(shí)，壓力的頻譜

3、分析顯示系統(tǒng)存在兩個(gè)峰值頻率即射流系統(tǒng)線性擾動(dòng)失穩(wěn)頻率和液滴脫落頻率。當(dāng)引入脈動(dòng)速度時(shí)，若外加激勵(lì)的頻率等于射流系統(tǒng)線性擾動(dòng)失穩(wěn)頻率，則射流核心長(zhǎng)度明顯減小，粒徑分布更加集中，此時(shí)系統(tǒng)表現(xiàn)出明顯的強(qiáng)迫共振的特性。若外加激勵(lì)頻率等于液滴脫落頻率時(shí)，系統(tǒng)也表現(xiàn)出共振的特性，但并不明顯。 2)對(duì)壓力場(chǎng)的研究表明：在一個(gè)液滴脫落周期內(nèi)，噴嘴附近壓力場(chǎng)相對(duì)較為穩(wěn)定，射流未破碎區(qū)的壓力較周圍環(huán)境壓力要稍高；在液滴脫落區(qū)，壓力變化較大。計(jì)算結(jié)