螺旋離心式噴嘴內部流動過程數值仿真研究

吳高楊，鄭 剛，聶萬勝，喬 野

（裝備學院，北京101416）

0 引言

燃油噴注霧化是液體火箭發動機以及航空發動機等液體化學動力系統燃燒過程中的重要環節之一，其霧化效果的好壞對發動機燃燒性能及穩定性有著直接影響。目前，機械壓力離心式噴嘴由于其結構簡單，且具有良好的霧化性能而得到廣泛運用。

國內外對單組元離心式噴嘴做了大量的試驗研究。文獻 [1]通過對氣液同軸離心式噴嘴的試驗研究發現，氣液動量通量比與韋伯數 (We)對噴嘴霧化特性影響較大。文獻 [2]通過試驗研究了韋伯數 (We)及環境氣體密度對旋轉液膜的影響，發現液膜破碎長度隨著韋伯數 (We)及環境氣體密度的增大而減小。文獻 [3]通過試驗對比研究了氣液同軸離心式噴嘴和氣液同軸直流式噴嘴，結果發現在相同條件下前者的霧化效果優于后者。相比于試驗研究，計算流體力學在這一領域的運用起步較晚，但卻具有較大的發展潛力及空間。目前，基于VOF模型的界面追蹤法是噴嘴霧化數值仿真研究中采用的主要方法[4]。文獻[5]對Flux-corrected transport,lagrangian PLIC,CICSAM及intergamma scheme四種界面重構技術作了比較分析。文獻 [6]采用VOF模型數值仿真了離心式噴嘴在不同壓降下的內部流動過程，仿真與試驗結果吻合較好，并證明仿真結果優于經驗公式。文獻 [7]同樣基于VOF模型數值仿真研究了典型離心式噴嘴內部流動特性以及噴嘴結構對出口液膜的影響。

目前，離心式噴嘴的試驗與仿真研究大多集中于典型的切向入口離心式噴嘴，對螺旋離心式噴嘴研究相對較少，其內部流動特性尚不明確。……