轴向/旋转复合气流对圆射流碎裂过程影响的理论研究

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本文在国际上第一次对粘性圆射流喷射进入非粘性不可压缩轴向(z向)、旋转(θ向)复合气体环境中进行线性稳定性的分析。本文还尝试对非粘性可压缩q向旋转气流、可压缩z-θ向复合气流,可压缩r-z-θ向复合气流进行了推导,但由于数学上的局限,推导得到的贝塞尔方程无解;推导可压缩z向气流,可得贝塞尔方程的解,进而可得气相扰动压力。编写Fortran语言,采用Muller迭代计算色散关系式,并得到相关的数值解。经过分析,给定不同参数值,可以获得多种表面波增长率的变化关系,能够知道欧尼索数Ohl、欧拉数Eul、韦伯数Wel、雷诺数Rel等量纲一参数显著影响着圆射流的稳定性。根据所绘制的曲线,分析圆柱液膜的线性稳定性:单股状正、反对称波形、双股状、三股状波形曲线图,均随着表面波数k值的增大,(?)r先增大后减小。随着Wel的增大,(?)r,dom、kdom均在变大;在韦伯数一样的情况下,正对称波形增长率大于反对称波形的增长率,表明正对称波形比反对称波形的表面波较不稳定,比较容易破碎。其结果是,正对称波形的表面波的影响更大。比较不同阶数表面波增长率,能够知道单股状射流的雾化效果优于双股状、三股状的雾化效果;随着液体粘度的变大,表面波越来越稳定;随着雷诺数、液体韦伯数、欧拉数的增长,表面波增长率均在变大,圆射流越来越不稳定;较高的轴向气流和较高的旋转气流会使圆射流加剧碎裂。在相同的液流速度下,旋转气流对圆射流碎裂的影响要比轴向气流的大。在高速气流作用下,复合气流的不稳定性要远远大于单旋转气流的。当旋转气流速度较小时,表面波波形的影响可以忽略不计;但当旋转气流速度较大时,表面波波形的影响显著。正对称波形的表面波不稳定性比反对称波形的不稳定性显著,在圆射流破碎过程当中起主导作用。
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