螺旋離心式噴嘴霧化特性試驗與仿真研究

吳高楊，蘇凌宇，聶萬勝，何浩波，喬 野

（裝備學(xué)院，北京101416）

0 引言

離心式噴嘴是航空航天等與液體燃料燃燒相關(guān)領(lǐng)域運用最為廣泛的霧化設(shè)備，其霧化特性為燃料后續(xù)的蒸發(fā)、混合與燃燒提供了初始條件，是影響整個燃燒過程的關(guān)鍵因素。

當(dāng)前，對離心式噴嘴霧化特性研究的主要方法是試驗與數(shù)值仿真。在試驗研究方面，粒子圖像測速儀（PIV）技術(shù)得到廣泛運用，Holtzclaw和Jeng利用該技術(shù)測量了透明離心式噴嘴內(nèi)部的速度場[1-2]。Takao用接觸探針測量了離心式噴嘴出口處的液膜厚度，并證明了噴嘴出口處液膜厚度的非均勻性[3]。在國內(nèi)，楊立軍等運用高速動態(tài)測量分析系統(tǒng)研究了離心式噴嘴霧化特性，分析了噴嘴壓降以及幾何特性參數(shù)的變化對液膜相關(guān)參數(shù)和霧化場軸向速度的影響[4-5]；張征等使用激光相位多普勒分析儀研究了雙路離心式噴嘴的霧化特性[6]。在數(shù)值研究方面，目前基于VOF模型的界面追蹤法是在噴嘴霧化數(shù)值仿真研究中采用的主要方法之一[7]，其他用于捕捉氣液相交界面的方法還包括 Level set，Lagrangian，Arbitrary-Lagrangian-Euler（ALE）等[8]。Ashraf利用VOF方法分析了離心式噴嘴出口處的液膜厚度、噴霧錐角以及速度分布，發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)境氣體壓力增高，噴嘴內(nèi)部的氣核直徑小幅度減小[9]。劉娟等基于VOF方法模擬了離心式噴嘴內(nèi)部流動過程，得到了15個噴嘴構(gòu)型的流量系數(shù)、液膜厚度以及霧化錐角[10]。

由于試驗測量設(shè)備的局限，當(dāng)前試驗還難以準(zhǔn)確揭示噴嘴內(nèi)部流動特征，而且由于計算資源與物理模型的不足，數(shù)值模擬仍然存在誤差，不可能完全模擬真實的流場。……