幂律型流体射流破碎建模和实验问题探讨

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1、第36卷第4期2010年8月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPUISIONV01．36，No．4Aug．2010幂律型流体射流破碎建模和实验问题探讨张蒙正，马杰(西安航天动力研究所陕西西安710100)摘要：简要回顾了射流破碎研究的现状，讨论了幂律型流体射流破碎建模和实验的相关问题。射流破碎建模的关键在于依据流体的胶凝结构和组份物性，射流与环境气体之间的作用关系，提炼主要影响因素。射流破碎实验研究的关键在于高分辨率和高速成像技术等光学测试技术。建模和实验的主要作用在于揭示射流破碎的机理，分

2、析相关因素的影响，为喷注器雾化研究提供参考，为燃烧室冷却设计提供依据。关键词：幂律型流体；射流；破碎；模型；实验中图分类号：V439文献标识码：A文章编号：(2010104-0001-07—一‘‘●''‘●Discussionaboutmodelingandexperimentproblemofpower-lawfluidsZhangMengzheng，MaJie(Xi'anAerospacePropulsionInstitute，Xi"an710100，China)Abstmet：Thedevelo

3、pmentofjetbreak-upmodelingandexperimentwasreviewed．Theprob—lemsaboutmodeling、experimentandapplicationofjetbreak-upwerediscussed．Itwasthekeyofpower-lawfluidjetbreak-upmodelingtodiscoverthecontrolprocessandmaininfluencingfactoraccordingtothefuelchemistryc

4、onfigurationandchamberconditions．Theexperimentalresearchde—pendsonthephotographytechnologyofhighresolusionandhi【ghspeed．Theresearchofmodelingandexperimentofjetbreak-upishelpfultorevealthejetbreak—upfundamentalmechanisms，toanalyzeeffectfactorsandenhancet

5、hedesignlevelofsprayandcoolingofcombustionchambers．Keywords：power-lawfluid；jet；breakup；model；experiment收稿日期：2010-04-12；修回日期：2010-06—17。作者简介：张蒙正(1964—-)，男，研究员，研究领域为喷雾燃烧。2火箭推进2010年8月0引言依据流体性质，可以将射流分为牛顿型和非牛顿型射流；依据几何形状，又可以将射流分为柱形(如圆柱形、方形及矩形等)和膜形(如平面膜形、环膜形及锥

6、膜形等)射流。液体射流的破碎既是一个经典的流体力学理论问题，又是一个在相当广泛的技术领域内令人感兴趣的物理现象。液体动力系统中，常见的是圆柱形和锥膜型射流，前者既是一种喷注形式，又是撞击式喷注器液流出口的初始形态，还是内冷却常用的一种方案；而膜形射流是离心式和针栓式喷注器出口液流的初态，又是撞击式喷注器射流撞击后的形态，也是内冷却的一种形式。贴壁喷射的射流是液膜对流换热冷却、液膜蒸发和随后的气膜冷却的基础。就燃烧而言，射流燃烧属于扩散燃烧的范畴，燃料喷射过程是影响可燃混合气形成的决定性因素。射流的破碎

7、长度、尺度及进一步的雾化特性影响到燃烧室冷却方案和燃烧性能。进而也影响到发动机的性能、经济性及可靠性。牛顿型流体的射流特性研究已经持续了百余年，射流冷却和雾化也得到广泛应用。近年来，非牛顿流体雾化问题受到日益关注，了解非牛顿流体射流破碎机理，掌握各种影响因素对射流破碎特征的影响规律，实现对射流破碎过程和特性的有效控制，可优化燃烧过程的组织。本文简要介绍射流破碎研究的进展，讨论幂律型流体射流破碎建模和实验的主要问题。1牛顿型流体射流破碎研究的简要回顾Rayleightt首创性的用表面波不稳定性理论揭示了

8、低速圆柱形射流的破碎机理。TaylorJ2L)采用线性不稳定性理论研究了风吹过黏性液体表面产生细小波纹的现象，提出黏性射流喷入低密度气体中，扰动随时间发展而导致液体破碎现象的著名结论。即，当扰动的波长大于射流的毛细特征作用长度，且扰动沿时间方向发展时，射流是不稳定的。多位研究者于不同时期提出了高速射流破碎的诸如湍流扰动说、压力振荡说、空穴扰动说及边界突变说等多种学说。Lint，I运用Taylor的方法。采用空间模式研究了高速黏性液体射入高密度气体中，小波