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熔喷气流场空间动力学行为的实验研究

马云驰  
【摘要】:熔喷气流场是一种碰撞射流形成的变温度流场。本文(1)提出了在变温度下的动态测量技术,应用该技术对熔喷气流场进行空间动力学行为的实验研究为业内首次。(2)提出了动力学特征模型的建立方法和空间演化过程中各特征区域的划分方法,用上述方法分析了喷口初始条件改变对熔喷气流场的影响。 本文进行了实验技术的研究:(1)对变温度场测量应该进行温度和速度的同步测量,关键在于计算速度时必须带入对应温度下的速度标定系数。(2)使用DANTEC热线风速仪进行长时间大数据采集时必须增加A/D板,在采集时所增加的A/D板不能予以清零。(3)在变温度流场数据的处理分析中,必须带入变温度的标定系数。 本文进行了熔喷气流场空间动力学行为的研究。(1)不同形状喷口流场:发现所有来流温度工况下,长方形和椭圆形喷口比方形和圆形喷口在流向方向形成的拉伸与压缩区域更长,表明了纤维能够被拉伸的空间域更大,形成的流场碰撞动力学现象更早出现,并发生在湍流区域形成前。长方形和方形喷口气流速度在拉伸和压缩区域内空间变化梯度均优于椭圆形和圆形喷口,并且所形成的对撞湍流区域更长。(2)改变喷口角度:发现狭槽夹角为10°喷口形成的气流场较容易出现拉伸区域,而拉伸区域的形成都出现在湍流区域前端。夹角为10°的方形和长方形喷口的气流形成的拉伸及压缩区域其空间变化梯度最好。夹角30°喷口只有长方形和椭圆形在高温来流时能形成拉伸区域。夹角30°的长方形和椭圆形喷口其流向脉动湍流度的变化趋势较缓。(3)不同来流温度和速度:发现来流温度越高越容易形成流场的拉伸区域。温度越高,衰减受来流速度的影响越小。在高温来流工况下长方形喷口拉伸区域内的温度衰减最小。来流流量越大,湍流区域越大,其湍流度在所测量的空间内几乎没有衰减。 熔喷气流场空间演化中的众特征区域都发生在湍流区域内。在多数情况下熔喷气流场的展向湍流场较流向在空间位置上提前生成,展向湍流区域的长度要大于流向湍流区域长度。所有工况下,展向速度湍流度到达峰值要比流向速度湍流度到达峰值的位置更靠近喷口。


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