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喷嘴 应用与技术中工业喷头 |
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Nishimura & Assanis发展了一个基于空化气泡溃灭能的一次雾化(primaryatomization)模型,建模的思路。该模型的核心思想是假定喷嘴喷头内外的空化气泡在溃灭时所释放的能量全部转换成流场的湍动能。喷射液柱离开喷嘴时的湍动能、平均速度以及液柱中空化气泡的体积分数、尺寸大小均由他们发展一个的现象学模型提供。之后的一次雾化过程被认为是由气动力、表面张力以柴油喷嘴中的不稳定空化过程及其影响射流雾化的机理研究及湍流脉动诱导的破碎力所控制。该模型对喷嘴空化和雾化扰动力的处理基本是靠经验公式和简单的假设,因而它能够反映的喷嘴喷头空化和湍流作用于射流雾化的机理是有限的。
ishimura &Assanis构建一次雾化模型的思路上述的三种模型基本上都是采用经验的喷孔流动现象学模型来计算喷孔出流条件,进而以此建立喷嘴内流与雾化的关联。事实上,这些现象学模型并不能准确地描述喷孔内部空化流场的特征结构,所以它们计算的喷孔出流条件的准确性也很低。近年来,随着喷嘴内部三维空化两相流模拟方法的提高,一些研究人员尝试采用三维空化流场的模拟来预报喷孔的出流条件。Von Berg等人以及Tatschl等人在进行射流雾化模拟时将描述喷嘴内部三维空化流动的Eulerian两相流模型与在Eulerian – Lagrangian框架下考虑空化及湍流作用的一次雾化模型相耦合,而耦合的关键就是在数值上实现喷嘴出口处的详细流动参数向下游流场的真实传递。计算表明,采用两相流模型计算的喷嘴出流条件作为射流雾化的初始条件,能够预测各种流动微观条件的变化对宏观雾化特性的影响。Baumgarten等人采用类似的方法来考察喷嘴空化和湍流对射流雾化的影响,只是在所用的喷嘴空化两相流模型和一次雾化模型的处理细节上有所不同。显然,这类方法能够较好地反映物理过程,因而也最具有发展前景。
总的来说,无论是采用模型实验还是采用数值模拟来考察喷嘴内流对射流雾化的作用机理,深入分析喷嘴内部及其近场的物理过程(如空化气泡的成长与溃灭、湍流场的演变等)是诠释这种作用机理的关键。上述的研究虽然在此方面取得一定的进展,但由于缺乏对喷嘴内部不稳定空化湍流流场的全面了解,因而针对相关机理的解释也是不完备的。
此外,先前该领域的研究一直强调,柴油的实际喷射过程中瞬变的喷射条件往往诱导非常不稳定的喷嘴空化湍流流场。至今,针对不稳定的喷嘴空化湍流流场及其对射流雾化影响的研究尚少,进展也非常缓慢。为了深入探究真实的喷嘴内流与射流雾化的关联,本课题将在此方面做一些尝试性的研究。 |
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