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粘性液体射流分裂雾化机理及喷雾特性研究

易世君  
【摘要】:射流是自然界和工程中大量存在的现象,它的分裂雾化是一具有重要理论意义和工程应用背景的课题。特别是在柴油机、燃气轮机和烧油的工业炉窑中液体燃油的喷射、雾化及其与空气的混合是整过燃烧过程的一个关键环节。良好的雾化是实现高效率燃烧的前提,对节能和净化具有重要意义。本文以粘性液体射流的分裂雾化机理为核心,做了以下的工作: 一.介绍并总结了前人关于射流分裂雾化的研究成果。 二.把前人关于射流分裂雾化的线性稳定性理论分析推广到普遍的三维情况,即在非轴对称扰动形式下考察粘性液体射流自由表面小扰动的发展,得到了普遍三维扰动形式下的射流自由表面扰动发展的特征方程,并首次证明了该方程解的存在性和唯一性。本文手算推导的特征方程经过了计算机代数及符号软件MATHEMITICA的推导验证。 三、对上述特征方程作了比较全面的理论数值分析并针对若干实际工况进行了大量数值计算。根据射流自由表面上小扰动的发展及各作用力的相对强弱来分析判别了射流的分裂与雾化现象的异同及其力学原因,提出以Je=We/Q这一新的无量纲参数作为区分分裂模态与雾化模态的判据,从线性理论的角度形成射流分裂雾化机理的统一理论。 四.把线性稳定性理论分析及数值分析结果与射流分裂雾化特性相结舍起来,通过数学回归分析建立了关于液体和燃油喷雾特性参数中分裂长度和雾化锥角的预测公式。在现有的条件下,对射流分裂雾化特性实验测试作了初步工作。将理论与实验进行了比较,结果是满意的。 五、对旋转气流中的圆柱形粘性液体射流作了普遍三维扰动下的稳定性分析,得到了旋转气流中圆柱射流自由表面小扰动发展的特征方程。同时,对圆环射流稳定性作了初步探讨。最后从流体运动稳定性、非线性力学和突变论的角度对射流分裂雾化机理的研究前景作一展望。


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