【摘 要】
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横向气流中液体射流雾化特性会对航空发动机燃烧室的性能产生直接影响。由于射流雾化近场液柱的快速变化和不规则液滴的大量存在限制了传统测量技术的应用,目前仍然缺少该区域中液柱破碎的动态过程以及破碎后液滴参数的空间分布数据,而这些数据对于深入认识雾化过程以及高精度数值模拟具有重要意义。针对这一问题,本文搭建了脉冲同轴全息三维成像系统,通过25000帧每秒的高速相机和5.5μm×5.5μm像素尺寸的大视场高
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横向气流中液体射流雾化特性会对航空发动机燃烧室的性能产生直接影响。由于射流雾化近场液柱的快速变化和不规则液滴的大量存在限制了传统测量技术的应用,目前仍然缺少该区域中液柱破碎的动态过程以及破碎后液滴参数的空间分布数据,而这些数据对于深入认识雾化过程以及高精度数值模拟具有重要意义。针对这一问题,本文搭建了脉冲同轴全息三维成像系统,通过25000帧每秒的高速相机和5.5μm×5.5μm像素尺寸的大视场高分辨率相机对液柱在横向气流中的破碎过程和雾化液滴参数进行测量和分析,主要研究成果如下:在液柱袋状破碎过程中,液柱上的加速度波会使液柱相继产生波谷和波节,导致雾化近场出现大液滴团聚现象;波节破碎模式会随韦伯数We的增大从震荡破碎逐步转换到剪切破碎模式,使其雾化后的液滴粒径更小;波节距离也会随We的增大而减小,导致团聚液滴群的距离缩小;波谷处液丝断裂形成的子液滴的二维速度与液滴的相对二维位置成正相关关系,与液滴粒径无关。在雾化液滴SMD分布方面,在保持We不变的情况下,动量比q从27.2提高到37.4虽然意味着更多液体进入横向气流中,但也同时增加了射流穿透深度,最终导致雾化场x/d=70截面处液滴SMD从127μm降低到108μm;在保持q不变的情况下We从10.9提高到36.7也需要增加射流流量,虽然穿透深度不变,但气流速度的提高显著降低了雾化场液滴粒径,雾化场x/d=70截面处液滴SMD从186μm降低到77μm,并且截面处SMD最大区域从雾化场中上部转移到中下部。在雾化液滴速度分布方面,通过改变横向气流速度和射流速度发现雾化场x/d<80范围内横向速度小于气流速度的1/2;纵向速度分布的速度幅值分界线以液柱破碎位置附近为中心呈放射状向雾化区域延伸。本文针对射流雾化近场测量困难的问题,结合全息三维成像技术和高速摄影技术,获得并分析了不同雾化条件对液柱雾化动态过程和射流雾化场液滴SMD和速度的影响,为未来航空发动机的设计和优化提供了实验依据。
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