对双组元推进剂液体火箭发动机来说,直流撞击式喷嘴由于其结构简单,加工方便和良好的射雾与混合特性而被广泛使用。其雾化混合特性(液滴尺寸及其空间分布、喷雾扩散角及破碎机理等)很大程度上影响着发动机燃烧效率及稳定性。因此该方面的研究非常重要。国内外对直流撞击式喷嘴雾化特性研究主要以实验与理论分析结合为主,数值模拟方法随着计算机技术的发展也逐渐被应用于这一领域。本文用移动离子半隐式法(MPS)对直流撞击式喷嘴雾化特性开展数值仿真研究。移动离子半隐式法是无网格拉格朗日粒子法的一种,在计算中由具有一定质量的、介观尺寸的离散粒子表征连续流体,粒子携带位置、速度、压力等信息。该方法适合于自由表面流动的模拟,在处理自由面出现变形或破碎时具有一定的优势。本文使用的MPS算法采用了基于表面自由能的表面张力模型和自由面边界模型。本文对比了典型的三维圆形喷口撞击式雾化实验和模拟结果。数值模拟中采用了与试验相同的几何和物理条件,随Re数的增加,分别模拟得到了closed-rim、unstable-rim和flapping-sheet等不同流动模态。初步的后处理表明,数值模拟(Re=7000)得到的液膜形状和大小与理论结果吻合较好;典型雾化现象即为flapping-sheet模态,数值模拟成功地捕捉到了液柱、液膜、液丝和液滴等多个尺度的结构。后续将进一步开展定量和后处理研究,提取索尔直径等关键参数。数值模拟与试验结果的对比表明,正在开发的MPS算法和程序可用于直接模拟气液两相雾化,辅助一定的实验结果,可望经济高效地为燃烧提供雾化机理分析和雾化模型建库的工具。