【摘 要】
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本文运用线性稳定性理论来对粘性环状液膜进入可压缩气体环境失稳碎裂过程的理论研究。以气液相纳维-斯托克斯方程(N-S方程)为基础,经过量纲一化和线性化,分别得到液相控制微
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本文运用线性稳定性理论来对粘性环状液膜进入可压缩气体环境失稳碎裂过程的理论研究。以气液相纳维-斯托克斯方程(N-S方程)为基础,经过量纲一化和线性化,分别得到液相控制微分方程与气相控制微分方程,利用修正贝塞尔方程的特性,分别解出液相与气相微分方程的解,进而通过线性化的运动学与动力学边界条件将气相与液相微分方程的解联合起来,推导获得环状液膜进入可压缩气体环境碎裂过程的色散关系式。根据推导的色散关系式可知,影响环状液膜碎裂的流动参数主要有气液速度比(?)j、气液密度比(?)j、液流韦伯数Wel、液流雷诺数Rel、气流马赫数Magj等。为研究不同流动参数对表面波增长率(?)r的影响情况,对色散关系式进行编程及数值计算,得出了各流动参数对环状液膜碎裂的影响关系。根据所编写的数值计算程序对环状液膜碎裂过程进行了线性稳定性分析,得到如下结论:1、低液流韦伯数Wel条件下,主导环状液膜碎裂的波形为近反对称波形,但随着液流韦伯数Wel的增大,近反对称波形与近正对称波形影响情况逐渐相同;2、随着气液速度比(?)j的增大,表面波增长率(?)r呈现先减小后增大的现象,可以发现决定液膜碎裂的重要因素之一为气液速度差|△(?)j|的大小;3、为了达到更好的雾化效果,当气流速度小于液流速度的两倍时,将气流作用于液膜外环获得的碎裂效果大于内环,而当气流速度大于液流速度的两倍时,将气流作用于液膜内环获得的效果大于外环;4、在气液速度比(?)j较小时,影响液膜碎裂的因素是内外环气流扰动的叠加作用,但当气液速度比(?)j较大时,影响液膜碎裂的因素是内环与外环单侧气流扰动较大的一侧气流的作用,与气流扰动作用较小的一侧无关;5、对于空气助力喷嘴而言,当气流速度小于液流速度Ul的两倍时,不通气达到的雾化效果最好,而当气流速度Ug大于液流速度Ul的两倍时,通气速度越高,液膜雾化效果越好;6、当内外环无气动力作用时,液流韦伯数Wel增加对液膜有稳定作用,气液密度比(?)j增加对液膜的碎裂有抑制作用,而当内外环有气动力作用时,在小液流韦伯数Wel下,液流韦伯数Wel增加对液膜起稳定作用,而在大液流韦伯数Wel下,液流韦伯数Wel增加会促进液膜发生碎裂,并且气液密度比(?)j在有气动力作用时增加对液膜的碎裂反而有促进的作用;7、液流雷诺数Rel增加对液膜的碎裂有抑制作用,气流马赫数Magj增加对液膜的碎裂有促进作用;8、气流速度越高,可压缩模型曲线与不可压缩模型曲线差距越大,说明了本文研究环状液膜碎裂过程可压缩模型的重要性;9、在液膜厚度相等时,喷嘴外径增大对液膜碎裂有抑制的作用,在喷嘴外径相等时,液膜厚度增大对液膜碎裂有促进的作用。
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