射流撞击形成液膜破碎特征的实验研究

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液体射流是广泛存在于工程中和自然界的现象,射流破碎机理的研究既是传统的流体力学问题,又是很有工程、理论意义的课题。其中,撞击射流因为其成本低、雾化效果好等优点,被广泛应用到航空航天等领域。尤其撞击射流方面,幂律型非牛顿流体射流破碎的实验研究以及理论研究深度还不够,进度也比较缓慢。  本文通过实验和理论研究,对射流速度不超过20m/s条件下,射流撞击液膜破碎规律进行研究。设计并搭建了微型泵驱动下的射流撞击实验系统,采用高速摄像技术,拍摄得到了不同射流条件下撞击射流液膜的破碎过程图像,并用图像处理方法,分析提取了射流撞击破碎的破碎模式和破碎特征参数(剥离破碎长度、液膜高度、宽度、高宽比等信息)。研究了对称及非对称撞击牛顿流体以及非牛顿流体撞击射流液膜的破碎模式,分析了射流速度以及撞击夹角、射流动量比、喷嘴参数、流体黏度对液膜破碎模式及破碎长度、液膜高宽比等破碎特征的影响规律,对比了水、甘油溶液、卡波姆凝胶,三种不同流变特性流体的破碎特征。  实验结果表明,同一射流液体在不同撞击夹角下会出现不同的破碎模式。但不同的液体即使在相同的撞击夹角下也会出现不同的破碎模式。对于水射流撞击来说主要经历了封闭边界、无边界以及完全破碎模式;对于甘油溶液来说,黏度不同,破碎模式也不同,主要经历了封闭边界、开边界以及液线液滴模式;对于卡波姆凝胶溶液撞击射流来说,主要经历了封闭边界、开边界以及液线液滴模式。  喷嘴形状对液膜的破碎情况也有明显的影响。对于圆形喷嘴来说,直径较大的喷嘴比较小的喷嘴破碎尺度大,但在高We范围内,前者雾化程度没有后者充分。对于膜型喷嘴来说,相同实验条件下,膜形喷嘴的液膜比圆形喷嘴的液膜更加不稳定,扰动波更强烈。
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