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航空发动机燃烧室中,液体燃料在气动力及射流不稳定性的共同作用下破碎形成液滴。液体燃料的雾化过程、特别是初始雾化过程非常复杂,至今无法建立准确的初始雾化模型。本文从理论和实验两方面对液体横向射流的破碎机理以及破碎过程进行研究。理论研究采用线性不稳定性分析法,分别在忽略射流粘性(工质为水)及考虑射流粘性(工质为水、酒精及甘油水混合物)时对射流的色散方程进行推导。根据表面波的增长率及波数的发展情况对射流的破碎做出预测。实验研究采用高速摄影仪,通过观测破碎动态过程,分析射流破碎的特性。工质为水,射流直径为1mm。研究结果表明:无粘液体射流表面波增长率由射流速度剪切、横向气动力及液体表面张力主导。气体韦伯数或液体韦伯数增大时,射流表面波的增长率显著增加,同时最佳波长明显减小。临界液气动量比表示Rayleigh-Taylor(R-T)与Kelvin-Helmholtz(K-H)何种不稳定性主导射流破碎过程。液气动量比大于临界值时,K-H不稳定性占主导作用;反之,R-T不稳定性占主导作用。二维剪切气流在射流方向上具有速度梯度,气体韦伯数与液体韦伯数对射流破碎的作用与均匀气流相似;而剪切气流只改变横向气动力对射流表面波的作用。保持气流流量相同时,负梯度剪切气流可以加速射流的破碎。实验观测并验证了横向射流的四种破碎模式:圆柱破碎、袋式破碎、复合模式破碎以及剪切破碎。均匀气流中,射流轨迹呈现二次幂函数关系,仅与液气动量比和阻力系数相关;剪切气流中,射流轨迹呈现四次幂函数关系,还与剪切速度梯度相关。液体射流破碎形成的液滴直径随气体韦伯数的增大而减小。剪切气流中射流破碎形成的液滴直径更小,雾化效果更好。粘性力抑制射流的表面波的发展。水、酒精等粘性较小的液体,表面波增长率受粘性的影响较小,可近似为无粘液体。甘油水混合物等粘性较大的液体,粘性与表面张力的抑制作用相当,不能忽略粘性的影响。表面张力与粘度的比值(oh数)达到10-1量级时,粘性不能忽略。二维剪切气流中,粘性对射流破碎的影响与均匀气流类似。粘性对K-H和R-T不稳定性均有抑制作用。随着气流速度的增大,粘性对对二者的抑制作用均增大。对于不同的有粘液体,粘性对K-H不稳定性影响更大。