留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

离心式单、双喷嘴液膜破碎长度实验初步研究

康金鑫 仝毅恒 黄柯嘉 郭康康 丰松江

康金鑫, 仝毅恒, 黄柯嘉, 等. 离心式单、双喷嘴液膜破碎长度实验初步研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20230084
引用本文: 康金鑫, 仝毅恒, 黄柯嘉, 等. 离心式单、双喷嘴液膜破碎长度实验初步研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20230084
KANG J X, TONG Y H, HUANG K J, et al. Preliminary experimental study on the crushing length of centrifugal single and double injectors liquid film[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20230084
Citation: KANG J X, TONG Y H, HUANG K J, et al. Preliminary experimental study on the crushing length of centrifugal single and double injectors liquid film[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20230084

离心式单、双喷嘴液膜破碎长度实验初步研究

doi: 10.11729/syltlx20230084
基金项目: 国家自然基金资助项目(12002386)
详细信息
    作者简介:

    康金鑫:(1994—),男,河北张家口人,硕士。研究方向:航天实验与鉴定。通信地址:北京市怀柔区八一路1号(101416)。E-mail:1104417655@qq.com

    通讯作者:

    E-mail:hnfengsj@163.com

  • 中图分类号: V19

Preliminary experimental study on the crushing length of centrifugal single and double injectors liquid film

  • 摘要: 为贴合工程实际应用,了解双喷嘴与单喷嘴的雾化特性差异,本文对相同工况下液体中心型同轴离心式纯液相单、双喷嘴液膜破碎长度开展了实验研究。采用高速摄像机对瞬态喷雾图像进行了捕捉,提取了不同工况的双喷嘴液膜破碎长度,并与单喷嘴液膜破碎长度进行了对比分析。通过图像处理获取液膜表面波,从而对单喷嘴与双喷嘴液膜破碎长度产生差异的机理进行分析。结果表明:相同工况下双喷嘴的液膜破碎长度小于单喷嘴,单喷嘴与双喷嘴的液膜破碎长度之间的差异呈现先增加后减小的趋势;文中定义的波长增长率反应了破碎前液膜的不稳定程度,单喷嘴液膜表面波的波长增长率随着液体质量流率的增大而增大,对于双喷嘴其破碎前液膜的不稳定,不仅与初始工况有关还与液膜撞击后产生扰动的作用距离有关,从而使双喷嘴液膜表面波的波长增长率随着质量流率的增加,呈现先增大后减小的趋势。
  • 图  1  常压雾化实验系统原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of atomization experimental system under atmospheric pressure

    图  2  双喷嘴结构示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of double injectors structure

    图  3  液膜破碎长度提取过程示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of the extraction process of liquid film crushing length

    图  4  表面波提取过程及处理示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of surface wave extraction process

    图  5  单、双喷嘴的液膜破碎长度随液体质量流率的变化情况

    Figure  5.  Changes of liquid film breaking length of single and double nozzles with liquid mass flow rate

    图  6  单、双喷嘴表面波发展区间

    Figure  6.  Development range of single and double nozzle surface waves

    图  7  单、双喷嘴表面波长振幅

    Figure  7.  Surface wavelength amplitude of single and double nozzles

    图  8  最不稳定波波长

    Figure  8.  Wavelength of the most unstable wave

    图  9  波长增长率与振幅

    Figure  9.  Growth rate and amplitude of the most unstable wave's wavelength

    图  10  扰动传播作用距离

    Figure  10.  Disturbance propagation distance

    表  1  喷嘴尺寸参数

    Table  1.   Geometrical conditions of injector

    参数
    液喷嘴等直段直径Dz4.7 mm
    气喷嘴环缝内径Dg-in8 mm
    气喷嘴环缝外径Dg-out9 mm
    液喷嘴旋流室直径Ds10.2 mm
    旋流室高度Ls10.2 mm
    切向孔直径Dt2 mm
    切向孔中心轴线到液喷嘴中轴的距离Rs4 mm
    收缩角θ290°
    扩张角θ110°
    两喷嘴中轴线距离Lsp20 mm
    等值段长度Lz40 mm
    下载: 导出CSV

    表  2  实验工况

    Table  2.   Experimental operating conditions

    模拟液体推进剂
    模拟介质过滤水
    喷注压降$\Delta $p0.119~0.864 MPa
    液体质量流率${\dot m_{\rm{l}}}$50~140 g/s
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘国球. 液体火箭发动机原理[M]. 北京: 宇航出版社, 1993.
    [2] KIM J G, HAN Y M, CHOI H S, et al. Study on spray patterns of gas-centered swirl coaxial (GCSC) injectors in high pressure conditions[J]. Aerospace Science and Tech-nology, 2013, 27(1): 171–178. doi: 10.1016/j.ast.2012.08.004
    [3] SHAFAEE M, MAHMOUDZADEH S. Numerical investi-gation of spray characteristics of an air-blast atomizer with dynamic mesh[J]. Aerospace Science and Technology, 2017, 70: 351–358. doi: 10.1016/j.ast.2017.08.024
    [4] CHEN C, YANG Y, YANG S H, et al. The spray characteristics of an open-end swirl injector at ambient pressure[J]. Aerospace Science and Technology, 2017, 67: 78–87. doi: 10.1016/j.ast.2017.03.035
    [5] 王成军, 陈海耿, 张宝诚. 双路离心式喷嘴的实验与数值模拟[J]. 工程热物理学报, 2010, 31(10): 1797–1799.

    WANG C J, CHEN H G, ZHANG B C. Experiment and numerical simulation of a dual-orifice pressure-swirl atomizer[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2010, 31(10): 1797–1799.
    [6] 曹建明. 液体喷雾学[M]. 北京: 北京大学出版社, 2013.

    CAO J M. Liquid sprays[M]. Beijing: Peking University Press, 2013.
    [7] 康忠涛. 气液同轴离心式喷嘴非定常雾化机理和燃烧特性研究[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2016.

    KANG Z T. The unsteady atomization mechanism and combustion characteristics of gas-liquid swirl coaxial injector[D]. Changsha: National University of Defense Technology, 2016.
    [8] YOON Y, JEUNG I. Effects of ambient gas pressure on the breakup of sprays in like-doublet and swirl coaxial injectors[C]//Proc of the International Symposium on Energy Conversion Fundamentals. 2004.
    [9] MOON S, ABO-SERIE E, BAE C. Air flow and pressure inside a pressure-swirl spray and their effects on spray development[J]. Experimental Thermal and Fluid Science, 2009, 33(2): 222–231. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2008.08.005
    [10] YANG L J, FU Q F, QU Y Y, et al. Spray characteristics of gelled propellants in swirl injectors[J]. Fuel, 2012, 97: 253–261. doi: 10.1016/j.fuel.2012.02.036
    [11] FU Q F, YANG L J, QU Y Y, et al. Linear stability analysis of a conical liquid sheet[J]. Journal of Propulsion and Power, 2010, 26(5): 955–968. doi: 10.2514/1.48346
    [12] 李继保, 岳明, 杨茂林. 锥形液膜Kevin-Helmholtz波不稳定性的实验研究[J]. 航空动力学报, 2007, 22(3): 337–341. doi: 10.3969/j.issn.1000-8055.2007.03.001

    LI J B, YUE M, YANG M L. Experimental research of instability of kevin-helmholtz wave on conical sheets[J]. Journal of Aerospace Power, 2007, 22(3): 337–341. doi: 10.3969/j.issn.1000-8055.2007.03.001
    [13] 岳明. 锥形液膜初始破碎雾化过程和机理研究[D]. 北京: 北京航空航天大学, 2003.

    YUE M. Study on the process and mechanism of initial breakup and atomization of conical liquid film[D]. Beijing: Beihang University, 2003.
    [14] 杨立军, 葛明和, 张向阳. 液体离心喷嘴喷雾场动态特性的初步研究[J]. 航空动力学报, 2005, 20(6): 1083–1087. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2005.06.032

    YANG L J, GE M H, ZHANG X Y. Preliminary investigation on dynamic characteristics of swirl injector[J]. Journal of Aerospace Power, 2005, 20(6): 1083–1087. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2005.06.032
    [15] 楚威. 液体中心型同轴离心式喷嘴喷雾和自激震荡特性仿真研究[D]. 北京: 航天工程大学, 2020.

    CHU W. Simulation study on spray and self-excited oscillation characteristics of liquid centered coaxial centri-fugal nozzle[D]. Beijing: Aerospace engineering university, 2020.
    [16] 张涛, 王福顺, 况付毫, 等. 气液同轴双离心式喷嘴宏观雾化特性实验研究[J]. 推进技术. doi: 10.13675/j.cnki.tjjs.2208011.

    ZHANG T, WANG F S, KUANG F H, et al. Experimental Study on Macro-Spray Characteristics of Gas Liquid Double Swirl Coaxial Injectors[J]. Journal of Propulsion Technology. doi: 10.13675/j.cnki.tjjs.2208011.
    [17] 林玉静. 旋流喷嘴射流及其破碎机理的研究[D]. 天津: 天津大学, 1999.

    LIN Y J. Study on jet flow from swirl nozzle and its crushing mechanism[D]. Tianjin: Tianjin University, 1999.
    [18] CHU W, LI X Q, TONG Y H, et al. Numerical investigation of the effects of gas-liquid ratio on the spray characteristics of liquid-centered swirl coaxial injectors[J]. Acta Astronau-tica, 2020, 175: 204–215. doi: 10.1016/j.actaastro.2020.05.050
    [19] 张永良, 王宝瑞, 孔文俊, 等. 离心喷嘴实验与流场结构的数值模拟[J]. 工程热物理学报, 2013, 34(4): 760–764.

    ZHANG Y L, WANG B R, KONG W J, et al. Experiment and numerical studies on the flow field of a pressure atomizer[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2013, 34(4): 760–764.
  • 加载中
图(10) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  111
  • HTML全文浏览量:  71
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-26
  • 修回日期:  2023-08-14
  • 录用日期:  2023-09-06
  • 网络出版日期:  2023-11-01

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要公告

    www.syltlx.com是《实验流体力学》期刊唯一官方网站,其他皆为仿冒。请注意识别。

    《实验流体力学》期刊不收取任何费用。如有组织或个人以我刊名义向作者、读者收取费用,皆为假冒。

    相关真实信息均印刷于《实验流体力学》纸刊。如有任何疑问,请先行致电编辑部咨询并确认,以避免损失。编辑部电话0816-2463376,2463374,2463373。

    请广大读者、作者相互转告,广为宣传!

    感谢大家对《实验流体力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我刊!


    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日