14986.冪律流體旋流射流特性的實(shí)驗(yàn)研究

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文冪律流體旋流射流特性的實(shí)驗(yàn)研究ExperimentalInvestigationontheSprayCharacteristiCsofPower1awFluidinSwirl‘一lnjectorsV學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力工程作者姓名：陳世興指導(dǎo)教師：杜青研究員天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一五年十二月一奄一丑年T一月中文摘要旋流噴嘴因結(jié)構(gòu)簡單、霧化性能好、成本低的特點(diǎn)在液體噴霧領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。冪律流體的射流破碎在噴墨射流、納米材料噴

2、涂等工程應(yīng)用領(lǐng)域廣泛存在。由于冪律流體自身的復(fù)雜性，對其射流破碎尚有許多問題未認(rèn)識清楚。研究冪律流體旋流射流的破碎特性，不僅在工程領(lǐng)域有重要的指導(dǎo)意義，還有助于加深和豐富對冪律流體破碎機(jī)理的認(rèn)識。本文以自行配制的卡波姆凝膠型冪律流體為實(shí)驗(yàn)液體，使用旋芯套筒結(jié)構(gòu)的旋流噴嘴，利用高速攝影系統(tǒng)獲取射流形貌，分析提取破碎模式和破碎特征；利用三維相位多普勒系統(tǒng)測量噴霧場中液滴三維速度和粒徑分布。研究不同射流參數(shù)、流體物性參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對上述霧化特

3、性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，冪律流體旋流射流隨噴射壓力升高會(huì)依次出現(xiàn)三種不同的射流模式：帶旋轉(zhuǎn)的圓柱射流模式，液線液滴共存模式和充分發(fā)展模式；且隨流體粘性增大，出現(xiàn)相同射流模式所需的壓力也越大，粘性較小的水無法出現(xiàn)帶旋轉(zhuǎn)的圓柱射流模式。破碎長度隨噴射壓力的增加先急劇下降而后趨于平緩，噴霧錐角隨噴射壓力增大先增加而后趨于穩(wěn)定；在同一壓力下，流體粘性越大，破碎長度越大，噴霧錐角越小。冪律流體旋流射流中軸向速度W和徑向速度U在X上各位置均呈中心小

4、兩側(cè)大的分布規(guī)律，w分布的對稱性更好，切向速度v在接近零的小范圍內(nèi)變動(dòng)；在軸向Z各位置上，三維速度隨Z增加均有所減??；由于旋流射流中卷吸氣流的作用，不同流體在射流上游空間處液滴的三維速度分布差異較大。粘性抑制了射流速度的增加。降低噴孔直徑，可以減小SMD，而噴孔長徑比、旋流室直徑和切向孔直徑對SMD影響不大。且噴孔直徑對SMD分布有較大影響，孔徑較大時(shí)，SMD沿徑向X呈對稱分布，兩側(cè)大，中心小；孔徑較小時(shí)，SMD沿徑向和軸向變化均不明顯

5、。增大噴射壓力，可以使得SMD減??；流體粘性越大，SMD越大。且壓力和粘性對液滴的二次破碎影響更甚。液滴粒徑SMD與相對尺寸范圍As有相關(guān)關(guān)系，整體來看，對于同一噴嘴，SMD越大，As越小。且液體粘性、噴射壓力、噴孔直徑對△s有較大影響，而噴孔長徑比、旋流室直徑和切向孔直徑對△s影響不明顯。最后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給出了符合冪律流體旋流射流破碎的粒徑預(yù)測經(jīng)驗(yàn)公式。公式中包含流體物性參數(shù)(特別是流變參數(shù))、射流參數(shù)和噴嘴幾何等參數(shù)對SMD的影響