内部结构参数对离心喷嘴雾化性能影响的研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ontheroad2005
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离心喷嘴广泛应用于航空发动机燃烧室中,其雾化性能直接影响了燃烧室的性能,而雾化特性很大程度上受到自身结构参数的影响。因此本文以平口式及扩口式离心喷嘴为研究对象,运用试验手段测量不同结构下的雾化特性,采用数值模拟对内部流动特征及液膜状态进行模拟,结合理论基础对不同结构参数下的喷嘴流动雾化机理进行分析。本文首先针对离心喷嘴模型制定了结构参数的研究方案;搭建了雾化试验系统,采用PDPA和高速摄影对雾化场进行测量;并进行数值模拟方法研究,获得了基于VOF多相流模型和RSM湍流模型的模拟方法,其计算得的内部流动和雾化结果与试验结果具有一致性。之后对平口式喷嘴开展雾化特性研究,获得了不同压差、喷口直径、旋流直径、旋流槽面积和长径比下的雾化特性定量规律。结果表明:压差大于1.0MPa后雾化特性趋于稳定,低压差时由于切向与轴向速度之比uw较低,从而使得液膜厚度增加、雾化锥角较小及粒径偏大。增大喷口直径、旋流直径、减小旋流槽面积将增强旋转强度;长径比0.2~0.6和0.6~2.0区间内,雾化结果分别主要取决于壁面附面层发展程度和摩擦损失。在平口喷嘴结论的基础上,改变压差、扩张角、旋流直径和扩张比等参数,对扩口式喷嘴开展流动和雾化特性研究,结合数值模拟总结了不同流动模态时的雾化规律及形成机理。结果表明:在Coanda效应和逆压力梯度共同作用下,液膜呈贴壁流动、大压差时流动分离、出现分离涡流动不稳定、完全分离四种流动模态。流动模态对流量特性影响不大,流动分离将导致出口射流形态发生变化,从而导致锥角、轴向速度和雾化粒径下降。当扩张角由60°增加至100°,逆压力梯度逐渐增强、将促进流动分离。当旋流直径由0.60mm增加至1.35mm,喉道旋转强度增强、将促进流体附壁。而大扩张角下,扩张比由1.5增加至3.0,分离涡可膨胀区域增加,进而由不稳定的瞬态涡进而膨胀、逐渐转化为稳态、形态固定的回流涡。
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