论文部分内容阅读
实际生产生活中广泛地应用到液流碎裂雾化,对于液流碎裂机理的研究尤为重要。国际上众多的学者专家倾其大量心血对液流碎裂的机理进行探索与研究,但对于液流碎裂的理论研究尚不完善。本文以线性稳定性理论为基础,对粘性平面液膜喷射进入可压缩横向气流的碎裂过程进行理论研究,从而进一步完善液流碎裂机理的研究。 针对粘性平面液膜喷射进入可压缩横向气流的碎裂过程的物理模型,应用气液两相质量和动量守恒的纳维斯托克斯控制方程组,它是包括气液体流速、密度、粘度系数以及表面张力系数等物理物性参数的有量纲方程组,通过量纲一化和线性化,得到包含欧拉数、韦伯数、雷诺数和马赫数等准则参数的量纲一化准则方程组。再代入运动学和动力学边界条件进行求解,推导得到粘性平面液膜喷射进入可压缩横向气流中的碎裂过程量纲一化的色散准则关系式(dispersion relation),使其应用范围更加广泛。推导得到一个重要结论:当横向气流的马赫数大于等于0.85时,无论粘性平面液膜的流速有多大,它一出喷嘴都会立即碎裂。因此,本模型横向气流的极限流速就是马赫数为0.85。作为影响平面液膜碎裂的特征因素,表面波增长率(wave growth rate)随表面波波数(wave number)的变化隐含在色散准则关系式中,由于色散准则关系式是一个指数复数方程,非常复杂,不能够直接求解得到其解析解,因此需要编写计算程序,采用穆勒(Muller)方法数值模拟计算其数值解。 应用Fortran语言编写程序可以计算得到数值解,绘制曲线图,应用线性稳定性理论分析了可压缩横向气流对粘性平面液膜射流碎裂的影响。对于横向气流中平面液膜所存在的近反对称(para-sinuous)和近正对称(para-varicose)两种波形,该两种波形的支配表面波增长率(dominate wave growth rate)、支配表面波波数(dominate wave number)以及截断波数(cutoff wave number)均随着准则数的增大而增大。计算得到了欧拉数、韦伯数、雷诺数、马赫数等量刚一参数对支配表面波增长率、支配表面波波数以及截断波数的影响。结果表明:表面波增长率随欧拉数、韦伯数、雷诺数、马赫数等量刚一参数的增大而增大,这些量纲一参数均是平面液膜碎裂的促进因素。