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非定常电场下锥射流的振荡行为研究

富庆飞 葛斐 成锦博 杨立军 任军学 汤海滨

富庆飞,葛 斐,成锦博,等. 非定常电场下锥射流的振荡行为研究[J]. 实验流体力学,2021,35(6):1-9 doi: 10.11729/syltlx20200152
引用本文: 富庆飞,葛 斐,成锦博,等. 非定常电场下锥射流的振荡行为研究[J]. 实验流体力学,2021,35(6):1-9 doi: 10.11729/syltlx20200152
FU Q F,GE F,CHENG J B,et al. Study on oscillation behavior of cone jet under unsteady electric field[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021,35(6):1-9. doi: 10.11729/syltlx20200152
Citation: FU Q F,GE F,CHENG J B,et al. Study on oscillation behavior of cone jet under unsteady electric field[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2021,35(6):1-9. doi: 10.11729/syltlx20200152

非定常电场下锥射流的振荡行为研究

doi: 10.11729/syltlx20200152
基金项目: 国家自然科学基金(11922201)
详细信息
    作者简介:

    富庆飞:(1983-),男,甘肃白银人,研究员。研究方向:液体雾化机理及应用,液滴、液膜、射流的气–液界面动力学,喷注器动态特性,超临界流体剪切层稳定性。通信地址:北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学宇航学院(102206)。E-mail:fuqingfei@buaa.edu.cn

    通讯作者:

    E-mail:fuqingfei@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: O361.4

Study on oscillation behavior of cone jet under unsteady electric field

  • 摘要: 针对非定常电场作用下电雾化系统性研究缺乏的情况,结合空间发动机对电喷雾推进系统脉冲工作的需求,对非定常电场作用下锥射流的振荡行为进行实验研究,利用高速摄像机记录锥射流在非定常电压扰动作用下的脉动变形过程,探讨射流振荡频率与电压扰动频率的匹配关系,分析不同扰动电压参数对射流形态的影响。研究表明:在非定常电场作用下,当电压扰动频率处于低频与高频范围时,射流振荡频率与电压扰动频率接近,此时射流为振荡锥射流模式;扰动频率处于中频范围时,射流振荡频率处于300~500 Hz范围内,此时射流为间歇性喷射模式;随着非定常扰动电压幅值增大,射流处于间歇性喷射模式的频率范围增大,处于振荡锥射流模式的范围减小;电压扰动频率越大,处于振荡锥射流模式的射流锥角越大。
  • 图  1  实验系统图

    Figure  1.  Experimental system

    图  2  100 V-100 Hz的正弦波下射流图像

    Figure  2.  Jet image under 100 V-100 Hz sine wave

    图  3  100 V-600 Hz的正弦波下射流图像

    Figure  3.  Jet image under 100 V-600 Hz sine wave

    图  4  200 V-800 Hz的正弦波下射流图像

    Figure  4.  Jet image under 200 V-800 Hz sine wave

    图  5  300 V-900 Hz的正弦波下射流图像

    Figure  5.  Jet image under 300 V-900 Hz sine wave

    图  6  250 V-900 Hz的正弦波下射流轮廓曲线

    Figure  6.  Jet profile curve under 250 V-900 Hz sine wave

    图  7  100 V-100 Hz的正弦波下射流图像

    Figure  7.  Jet profile curve under 100 V-100 Hz sine wave

    图  8  电雾化模式转变BoE-Ca相图(喷嘴规格为22 G、23 G和24 G)

    Figure  8.  BoE-Ca phase diagram of electro-atomization mode transition when the nozzle diameter is 22 G, 23 G and 24 G

    图  9  不同喷嘴规格下电雾化进入锥射流模式的电压随流量的变化

    Figure  9.  The change of the voltage of electro-atomization into cone jet mode with the flow rate under different nozzle diameters

    图  10  扰动电压幅值为100 V时射流振荡频率与扰动频率的关系

    Figure  10.  The relationship between jet oscillation frequency and distur-bance frequency when the disturbance voltage amplitude is 100 V

    图  11  扰动电压幅值为150 V时射流振荡频率与扰动频率的关系

    Figure  11.  The relationship between jet oscillation frequency and distur-bance frequency when the disturbance voltage amplitude is 150 V

    图  12  扰动电压幅值为200 V时射流振荡频率与扰动频率的关系

    Figure  12.  The relationship between jet oscillation frequency and distur-bance frequency when the disturbance voltage amplitude is 200 V

    图  13  扰动电压幅值为250 V时射流振荡频率与扰动频率的关系

    Figure  13.  The relationship between jet oscillation frequency and distur-bance frequency when the disturbance voltage amplitude is 250 V

    图  14  扰动电压幅值为300 V时射流振荡频率与扰动频率的关系

    Figure  14.  The relationship between jet oscillation frequency and distur-bance frequency when the disturbance voltage amplitude is 300 V

    图  15  100 V-1200 Hz时射流形态

    Figure  15.  Jet form at 100 V-1200 Hz

    图  16  扰动幅值为250 V时梭形流体速度与扰动频率的关系

    Figure  16.  The relationship between the speed of the shuttle fluid and the frequency of the disturbance when the disturbance amplitude is 250 V

    图  17  200 V-400 Hz时射流形态

    Figure  17.  Jet form at 200 V-400 Hz

    图  18  射流锥角定义

    Figure  18.  Definition of cone jet angle

    图  19  100 V-100 Hz射流锥角测量值曲线

    Figure  19.  100 V-100 Hz cone jet angle measurement curve

    图  20  100 V-300 Hz射流锥角测量值曲线

    Figure  20.  100 V-300 Hz cone jet angle measurement curve

    图  21  100 V-700 Hz射流锥角测量曲线

    Figure  21.  100 V-700 Hz cone jet angle measurement curve

    图  22  100 V-1500 Hz射流锥角测量曲线

    Figure  22.  100 V-1500 Hz cone jet angle measurement curve

    图  23  扰动幅值为100 V时振荡模式的分布相图

    Figure  23.  The distribution phase diagram of the pulsation mode when the disturbance amplitude is 100 V

    图  24  扰动幅值为200 V时振荡模式的分布相图

    Figure  24.  The distribution phase diagram of the pulsation mode when the disturbance amplitude is 200 V

    图  25  扰动幅值为300 V时振荡模式的分布相图

    Figure  25.  The distribution phase diagram of the pulsation mode when the disturbance amplitude is 300 V

    图  26  不同体积流量下稳定锥射流的开启电压

    Figure  26.  The opening voltage of a stable cone jet at different volume flows

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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-07
  • 修回日期:  2021-03-06
  • 网络出版日期:  2021-11-12

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日