圆管中气液分层流界面的Floquet稳定性分析

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许多工程实际过程中都存在射流稳定性问题,如内燃机中的燃油雾化、工业冶金中的喷射成形等。本文着重研究流动中的周期速度脉动对气液分层流界面的流动稳定性影响。目前该领域研究还未见有文献报道。 本文建立了竖直圆管内中心为低速液体、周围为同轴高速气流的双流体模型,并推导出了以流函数为变量的关于轴对称小扰动的方程。 在前人工作的基础上,本文在基本流中引入了带有周期脉动的轴向速度。因此基本流包括定常和非定常两部分,由Navier-Stokes方程和边界条件唯一确定了基本流的表达式。假设轴向的压力梯度是非零常数,求得定常基本流和前人求解的基本流是相同的。考虑实际应用的条件,本文引入了气液压力梯度比,对基本流表达式做了改进。针对实际计算中出现的数值计算困难,本文作者对变形贝塞尔函数进行渐进展开,得到渐进展开的非定常基本流的表达式。 应用流动稳定性理论,结合Floquet理论和Chebyshev配点法,本文对竖直圆管内带有周期脉动速度的气液分层流界面的参数共振现象进行了研究,着重讨论了脉动频率、脉动振幅对共振区的影响,以及韦伯数、雷诺数、密度比、粘性比等各个参数对失稳区域的影响及其对系统稳定性的作用。 本文还得到了一定流动参数下的稳定性分区图。从图中也可以看出参数共振的特性。对于某些给定的参数,存在两个以上的共振区。 最后,本文把理论模型和实际工况相结合,得到了对实际有一定指导意义的结果。
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