液滴間相互碰撞融合與破碎的實驗研究

張 濤, 陳 君, 李永平, 宋新河, 楊 蕊, 呂 明

(1. 北京控制工程研究所, 北京 100190; 2. 北京市高效能及綠色宇航推進工程技術研究中心, 北京 100190; 3. 北京交通大學 機械與電子控制工程學院, 北京 100044)

1 前 言

液滴間相互碰撞是自然界和工程領域各種流體動力學過程中常見的一種現象，比如雨、雪的形成過程，內燃機、火箭發動機的噴霧燃燒過程，化工工程中的液液萃取過程等[1]。其中，在發動機燃油噴霧與霧化過程中，液滴間的相互碰撞對發動機工作性能產生重要影響[2]。

目前，國內外針對液滴間相互碰撞研究采用的方法包括理論解析[3-5]、數值模擬[6-10]和實驗方法[11-14]。其中，理論解析和數值模擬方法雖然可以省時、低成本地得到研究結果，但由于采用了一定的假設與簡化，得到的結果往往與實際有一定偏差。實驗方法可以更加直觀、準確地反映液滴間相互碰撞后的運動過程，得到了國內外學者的普遍青睞。國內外一些學者根據不同研究目的，從不同角度對液滴間相互碰撞的運動進行過許多研究[9～14]，并取得了一定的研究成果。GAO等[15]采用實驗方法對同等大小乙醇液滴和水滴的碰撞融合展開了實驗研究；GUNN[16]通過改變水滴相對速度以及碰撞角度對水滴下落過程中的相互碰撞融合進行了實驗研究。從目前發表的文獻看，國外研究者對于液滴間的碰撞實驗研究大多集中在液滴間的碰撞融合與反彈運動以及衛星液滴的產生，且所研究液滴的尺寸比較大；國內由于實驗設備及拍攝手段的限制，對液滴間碰撞融合與破碎的研究大都采用數值模擬方法。……