基于大涡模拟的离心式喷嘴雾化过程研究

• 作者: 王雷 方斌 王光彩
• 来源期刊: 推进技术
• 关键词: 离心喷嘴 内部流动特性 液膜破碎 液滴分布 大涡模拟
• 年，卷（期）: 2021,（8）
• 所属期刊栏目: 燃烧 传热 传质|Combustion, Heat and Mass Transfer
• 页码范围: 1855-1864
• 页数: 10页
• 分类号: V430.34
• 语种: 中文
• DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.190392

摘要

为实现离心式喷嘴雾化过程的精确数值仿真,探究喷嘴内部流动特性与外部液膜破碎形式,采用基于大涡模拟的仿真方法,对一种典型的四进口离心式喷嘴进行研究,仿真结果揭示了喷嘴内部相界面的振荡现象与外部液膜的破碎细节,并通过耦合流体体积法(VOF)与离散相模型(DPM),获得液滴粒径的空间分布特征.研究结果表明:在液体填充过程中,喷嘴内的气液相界面存在波动与褶皱,形状并不稳定,内部的空气芯直径呈现正弦模式的振荡变化,喷嘴出口液膜厚度沿周向分布不均,这些因素导致出口附近的液膜表面出现扰动.在不同的进口条件下,不稳定性导致液膜表面上的扰动波形式不同.进口压力为0.3MPa时,液膜破碎由开尔文-亥姆霍兹(K-H)不稳定性产生的轴向正弦波所导致,产生沿周向分布的环形液带;在0.7MPa下,液膜表面开始出现由瑞利-泰勒(R-T)不稳定性引发的周向扰动波;随着压力增加至1.1MPa,液膜的破碎则由R-T不稳定性主导,产生沿轴向分布的液带结构,随后在气动力与表面张力的作用下破碎成液滴.二次雾化破碎后,喷嘴外部截面内的粒径呈"单谷"分布,液滴平均粒径计算结果与实验的最大相对误差为5.1％,与实验数据吻合度较高.