雾化液滴在气道内的动力学特性及其影响因素

基于单颗粒动力学,用Lagrangian方法建立了液滴在气道内运动的数学模型,用Runge-Kutta法对液滴运动方程进行了数值求解,得到了液滴速度、相对雷诺数和阻力系数沿气道轴向的变化规律,并分析了重力场、液滴粒径、液滴初始速度、液滴出射角度对液滴运动轨迹的影响.结果表明,液滴在气道内的运动分为变速段和恒速段,液滴粒径、初始速度及出射角度等因素对雾滴的运动轨迹也有很大影响,雾滴运动分析时一般不应忽略重力场的作用.     

水雾雾滴初始位置对喷雾冷却性能的影响

为揭示集水箱内水雾雾滴喷射的初始位置对喷嘴喷雾冷却性能的影响,利用欧拉-拉格朗日方法和离散相模型对发动机排气集水箱内横流喷雾冷却过程进行了三维数值模拟。结果表明:当雾滴进入烟气流场的初始位置距离分隔板小于0.14m时,部分雾滴进入循环涡流区,大量雾滴与分流管管壁反复碰撞,在管壁上形成液膜,使得雾滴蒸发速率降低;当雾滴初始位置位于(0.14,0.23)m时,两相掺混较好,且随着距离的减小,雾滴有效运动行程增加,喷雾冷却效果增强;当雾滴初始位置大于0.23m时,雾滴未在排气室进行螺旋运动而是随气流直接排出集水箱,蒸发时间短,喷雾冷却效果不显著。     

有限气体容积内的液滴传热传质模型与理论分析

用传热传质学基本原理,建立了液滴在有限高温气体容积中的传热传质模型,对液滴在有限高温气体容积内的动态传热传质过程进行了数值求解,分析了有限气体容积和气体初始温度对液滴直径、蒸发速率、蒸发效率的影响。结果表明:在有限气体容积条件下,液滴直径随时间的变化规律与常见的d2规律有明显差异,气体容积越小,液滴蒸发速率越小,蒸发效率越低;气体初始温度越高,液滴蒸发速率越大,蒸发效率越高。     

含灭火添加剂细水雾粒径分布规律

为了研究含灭火添加剂细水雾灭火机理,从添加剂对细水雾粒径分布的影响着手,利用全自动表面张力仪、实时喷雾激光粒度仪对含不同添加剂的细水雾粒径分布进行了研究。结果表明：磷酸二氢铵和尿素使水的表面张力略有增加,氟表面活性剂（Fc-134）和碳氢表面活性剂（APG）以及由4种添加剂组成的复合添加剂使水的表面张力大幅降低;磷酸二氢铵使粒径为2.09～26.23μm的雾滴数略有减少,粒径为31.06～462.33μm的雾滴数略有增加;氟表面活性剂（Fc-134）使粒径为8.05～22.16μm的雾滴数增加,粒径为22.17～278.64μm的雾滴数减少,粒径为278.65～1075.09μm的雾滴完全消失;碳氢表面活性剂（APG）使粒径为2.09～31.06μm的雾滴数减少,粒径为36.77～141.86μm的雾滴数增加;而复合添加剂使粒径为2.09～31.06μm的雾滴数减少,粒径为36.77～198.82μm的雾滴数增加。     

人工造雾成雾过程微物理性能分析

通过对人造雾宏观性能和微物理性能变化过程的观测与分析,研究了人造雾成雾过程和成雾机理,并结合对云雾生长理论的分析比较了实际雾滴粒径分布范围、生长时间等与理论计算结果的异同。结果显示人造雾的雾滴粒径和生长时间与理论计算结果基本相符,但其具体的生长过程与理论过程有所差别;人造雾与天然雾相比,雾滴数密度稍大,但雾滴粒径和含水量稍小,雾滴谱分布特点有所不同。     

喷雾式防火分隔水幕稳定性仿真

以单个喷雾式水幕喷头为研究对象,利用 Fluent 中离散相模型对不同压力下的喷雾水幕的工作稳定性进行了研究,计算了不同工作压力下水雾粒子的粒径分布和在气流作用下的偏移情况,分析了不同粒径粒子的速度衰减特性。研究表明：环境气流对水幕的稳定性影响很大,特别是粒径在200μm 以下的水雾粒子极容易受气流影响。在一定空间高度下,提高工作压力,可以使喷雾平均粒径变小,使之分布更均匀,有利于提高水幕的隔热性能;当空间高度超过一定范围后,水雾粒子速度急剧下降,增加工作压力水幕稳定性会降低。     

汽轮机非线性间隙气流激振力作用下转子系统的分岔研究

研究了汽轮机转子在非线性间隙气流激振力作用下的动力学特性,建立了非线性气流激振力作用下汽轮机转子系统的无量纲运动方程,并采用数值仿真方法研究分析了气流激振力、质量偏心和进气速度对转子系统的分岔特性。结果表明:汽轮机非线性间隙气流激振力的存在,使得系统在亚临界转速区域出现的短暂混沌消失,系统的混沌区域在临界转速附近明显减小,且由于气流激振力的作用,部分拟周期运动在超临界转速区域演变为5倍周期运动;质量偏心和进气速度对转子系统的非线性分岔特性也有很大的影响,使得系统运动更加复杂化。     

基于欧拉多相流模型的空气喷涂喷雾流场模拟

基于欧拉多相流模型,模拟研究了空气喷涂喷雾流场特性。建立了喷雾气-液两相流模型和湍流模型,分析了喷锥的形状以及喷锥内涂料液相的分布规律和运动特性。结果表明:喷锥横截面为椭圆形,喷锥角为65°;喷锥截面内大粒径液相分布区域较小,小粒径液相在整个截面都有分布;喷锥短轴方向上,大粒径液相横向扩散速度略大于小粒径液相,长轴方向上,小粒径液相横向扩散速度明显大于大粒径液相。基于此,解释了实际喷涂中椭圆形涂膜短轴边缘区域分散的涂料膜较少,而其他边缘有大量分散涂料膜的现象。     

透气防毒服气动力学吸附特性装置的设计

为了研究透气防毒服在野战条件下的实际防毒性能,建立了一套适用于研究透气防霉素服气动力学吸附特性的实验装置。该装置的特点是利用风洞作为其气流流动的管道,并设有一个圆筒织物夹具。风洞装置使管道内的气流均匀,圆筒织物夹具体现了防护服周围气流的复杂空气动力学过程,所以气动力学试验的结果可以预测防护服实际的防护效果。通过测试风洞试验段的气流速度分布和毒剂浓度分布以及圆筒织物内外浓度均匀性,可知该装置具有理想的气流速度和浓度分布的均匀性,为开展毒剂蒸气和气溶胶对防护服的穿透研究奠定了实验基础。     

压力喷嘴常温下雾化特性实验研究

为了满足工程中对喷嘴雾化特性测量的高精度、低成本要求,建立了喷嘴雾化特性实验系统,以自来水为雾化工质,对蒸发冷却压力喷嘴在常温、常压下的雾化特性进行了实验研究。用容积法测量了喷嘴的流量,用最小二乘法对测量数据进行回归分析,得到了喷嘴流量、雾化压力和喷孔直径之间的关联式与流量系数;用机器视觉方法测量了喷嘴的雾化锥角与雾滴尺寸,得到了雾化锥角与雾滴尺寸随雾化压力变化的规律。结果表明:随着雾化压力的增大,喷嘴雾化锥角不断增加,雾滴尺寸不断减小;随轴向距离的增大,D0.632、D0.5、D32有不同幅度的增大,而D0.9则基本不变。     

气动剥离液滴的附面层分析方法

本文根据附面层理论,对高速气流中的液滴,因气流和液滴表面相互作用而产生的气动剥离现象进行了分析,建立了气液两相附面层耦合问题的理论分析模型,得到了发生气动剥离时的最小气流速度的计算公式,为液体燃料在高速气流申雾化机理研究提供参考。     

运动液滴蒸发时传热传质过程的理论分析

对突然置入气体环境中的运动液滴的非稳态蒸发过程进行了传热传质过程的理论分析,建立了初始瞬间液滴非稳态蒸发的数学模型,并对模型进行数值求解.结果表明,在一定情况下,运动液滴突然置于气体环境中的初始瞬间,由于气液界面上与周围环境之间存在较大的浓度差,使得液滴在初始瞬间的蒸发速率很大,将会使气液界面的温度有所下降,这一温度的下降范围与液滴的初始温度、环境的初始温度以及液滴的运动速度有关.     

脉冲防暴水炮非淹没气体射流的RANS和LES模拟

为提高脉冲防暴水炮刺激剂的雾化水平,必须提高射流的出口速度和改善雾化带形状,而这些因素与管内非淹没气体射流的湍流流场息息相关。为准确描述湍流分布和水柱加速过程,对脉冲防暴水炮的非淹没气体射流进行了RANS和LES模拟。结果表示LES模型较RANS的标准k-ε模型能更为精确地描述湍流分布和管内非淹没气体射流速度的各向异性。但两者对于水柱加速过程的描述基本一致,只是由于LES模型的气液参混较为充分,气液速度相差较小,而可能导致两模型气体在喷口膨胀规律的异同。LES模型气液界面复杂,是用于研究管内气液流型的理想方法。该方法为三维模拟打下了较好的基础,所得结果可以作为管外射流研究的初始条件。     

液体推进剂液滴高压蒸发研究

本文改进了现有的液体推进剂液滴高压蒸发模型,提出了一个计算高压下液滴蒸发时环境介质气体在液滴中溶解的子模型,该模型中采用了改进的R-K气体状态方程。利用本模型对丙烷在氮气中的高压蒸发进行了计算。结果表明在高压下液滴蒸发时间随压力和环境温度的增加而减小,当压力超过某临界值时,液滴将达到超临界状态。高压下环境介质气体在液滴中的溶解是非常明显的,并且压力愈高溶解性愈大,因此在推进剂高压燃烧中必须考虑溶解性对于液滴蒸发的影响。     

Application of Two-dimensional Viscous CE/SE Method in Calculation of Two-phase Detonation

The method of two-dimensional viscous space-time conservation element and solution element (CE/SE) can be used to calculate the gas-liquid two-phase interior flow field in pulse detonation engine (PDE). In this paper, the evolution of the detonation wave and the distribution of its physical parameters were analyzed. The numerical results show that the change of axial velocity of gas is the same as that of detonation pressure. The larger the liquid droplet radius is, the longer the time to get stable detonation wave is. The calculated results coincide with the experimented results better.     

同轴环缝气流作用下锥形液膜线性稳定性分析

为了分析气液同轴离心式喷嘴的雾化机理,对同轴气体作用下的锥形液膜进行时间稳定性分析,推导同轴气体作用下锥形液膜的色散方程,建立离心式喷嘴出口参数预测模型,用于数值求解色散方程。结果表明：喷嘴出口液膜厚度随着喷注压降的增加而减小,喷雾锥角、液膜速度和轴向速度随着喷注压降的增加而增大。同轴气体作用下液膜由正弦模式的表面波主导,因为正弦模式的表面波增长率远大于曲张模式的表面波增长率。当环缝气体喷注速度较小时,增加气体速度会减小气液相对速度,从而减弱气液相互作用,使得液膜主导表面波增长率和频率减小、破碎时间和破碎长度增加。而当环缝气体速度超过一个临界值后,随着气体速度的增大,液膜主导表面波增长率和频率迅速增大,破碎时间和破碎长度迅速减小。     

旋成体射弹倾斜入水运动仿真

为了研究运动参数和弹头外形对弹体斜入水过程的影响规律,采用气液两相流体积分数和水汽空化模型,通过嵌套网格实现刚体三自由度运动学和动力学耦合,模拟了弹体以80～100 m/s速度倾斜入水开空泡阶段的运动过程。经文献实验验证,入水弹体速度与位移的误差为0～6%和-8%～0,转动角度误差为-6%～0。通过对入水速度和入水角度的多工况模拟研究,发现入水速度增大,弹体轴向冲击载荷增大,最大载荷与速度的平方呈线性关系,弹体速度非线性衰减率大;入水角增大,弹体转动角速率减小,运动稳定性强,速度衰减率不受入水角影响。与圆锥头部弹体相比,采用头部阶梯状修型后的弹体的平均速度衰减率、转动角速率和最大轴向冲击载荷分别降低到66.7%、40%和77.2%,显著提高了运动稳定性。     

Experimental Investigation on Ablation Characteristic of EPDM Insulator in Different Gas Environments

Some ablation experiments of Ethylene-Propylene-Diene Monomer(EPDM)insulator were carried out in quasi-static low temperature gas environment,gas-phase environment,two-phase environment with Al2O3 grain and high concentration Al2O3 grain gas environments.Their charring ablation rate,thickness,surface morphology and main ingredient of the charring layer were analyzed.The experiment results show that the main influent factors for the charring ablation rate are the gas temperature,grain concentration and state of grain impact;the main influent factors for the charring layer thickness are the gas velocity and environment pressure;and the process of SiO2 migrating in the charring layer occur commonly in different gas environments.They provide a foundation for the ablation mechanism research and modeling of EPDM insulator.     

N2-COIL的氧发生器水汽诊断

在氧碘化学激光(COIL)系统中,水汽是影响激光器输出功率的最重要原因之一,因此测控氧发生器(SOG)出口气流中的水汽含量非常重要.文中利用吸收和发射光谱法对方管式射流氮气氧碘化学激光器(N2-COIL)的氧发生器分别进行了水汽含量测量.测量结果显示,在保持氯气流量一定的前提下,该发生器正常工作状态下水汽百分含量小于9%,且随氧发生器的总压的增加而减小,随氮气流量的增大而增加.该结果表明,气体流速是引起水含量变化的主要原因.