追踪不可压缩两相流相界面的CLSVOF方法

根据CLSVOF方法的基本思想,将VOF和Level Set两种方法结合起来,用于追踪不可压缩两相流相界面的计算.通过对经典的两相流流动问题的计算,研究了CLSVOF方法对对流输运方程和动量输运方程计算精度的影响,并与VOF方法和Level Set方法进行了对比.研究结果表明:求解对流输运方程时,CLSVOF方法的计算精度明显高于Level Set方法;求解动量输运方程时,CLSVOF方法产生的虚假速度接近于0,基本克服了利用VOF方法求解动量输运方程时的虚假速度势问题.     

气泡雾化喷嘴气体溢出过程声波信号的时频特征研究

通过自建的气泡雾化喷嘴射流可视化实验平台对射流中气体溢出过程进行了声波信号采集和图像观测。采用自适应最优核(AOK)与希尔伯特-黄变换(HHT)边际谱两种时频分析方法对采集到的声波时频信号进行了处理和分析。结果表明:气泡溢出喷嘴时会导致声波信号AOK时频谱幅值的增加;时频谱幅值随时间的变化可以反映喷孔处气体溢出量的实时变动;声波信号的HHT边际谱能量主要集中在一定频率范围内,且在频率轴上的分布与气液两相压力、气液混合状态等因素有关;边际谱能量关于某一中心频率呈近似对称分布,且该中心频率与气泡压力相关,而与气泡大小关系不大;声波信号的时频分析结果能很好地捕捉到气泡雾化喷嘴射流时气相在溢出过程中的变化。声波信号时频分析方法可作为气泡雾化喷嘴射流研究的一个有效途径。     

湍流通道内微粒受力沉降特性模拟

利用建立的微粒受力模型和微粒随机轨道模型,对湍流通道中不同条件下微粒的受力进行了研究,对湍流通道中微粒的沉降特性以及影响因素进行了分析。研究结果表明,湍流通道中,柴油机微粒所受的曳力、布朗力、Saffman升力、热泳力以及重力和浮力等与微粒粒径、微粒距壁面的距离等因素密切相关;在不同条件下,微粒所受的主要作用力以及微粒沉降的主要驱动力不同;微粒受力、气流入口速度和温度以及通道尺度等因素都会对湍流通道中微粒的沉降产生影响。     

气泡雾化喷嘴泡状流喷雾特征试验与仿真

建立了气泡雾化喷射可视化试验系统及喷嘴内部和喷雾场中气液流动模型;采用试验和仿真方法对一特定可视化喷嘴的泡状流喷雾特征进行了研究。结果表明,喷雾表面存在气相膨胀凸起现象,气相膨胀凸起宽度随液相流量和气液质量比增加而增大,凸起间距随气液质量比增加而减小;在相同气液质量比下,喷雾锥角随液相流量增加而增大,较高液相流量时液相流量的影响变弱,喷雾贯穿距在较低气液质量比时随液相流量增加而增大,较高气液质量比时则减小;低气液质量比时,喷雾形态受气液质量比影响明显,喷雾锥角和贯穿距随气液质量比增加而增大;液滴碰撞率随喷雾轴向距离增加而减小并逐渐趋于稳定;喷孔出口气液流量脉动对喷孔出口截面附近液滴轴向速度的影响只局限于很短距离内;随着与喷孔出口轴向距离增加,液滴直径分布范围变宽、液滴峰值数量减少,液滴峰值直径和液滴直径分布向大直径方向移动;随着与喷孔出口轴向距离增加,大尺度液滴区内液滴粒径增大,大尺度液滴区的径向范围变宽。     

气液两相流数值求解过程中虚假流动问题研究

基于静止液滴问题,对气液两相流数值求解过程中的虚假流动问题进行了研究。对虚假流动的涵义和特征进行了描述和分析,研究了表面张力、液体粘度等因素对虚假流动的影响。研究发现,计算域中虚假速度平均值与计算时间之间存在特定函数关系,并通过曲线拟合给出了相应的函数表达式,从而为虚假流动的削弱和消除提供了一个方法。分析了虚假流动成因,指出相界面迁移过程追踪方法的改进可有效削弱虚假流动现象,并通过CLSVOF方法与VOF方法模拟结果的对比对该结论进行了验证。     

气液两相流流型影响喷嘴喷雾形态及液滴粒径分布

为了获得气泡雾化喷嘴内不同气液两相流流型对喷雾形态及液滴粒径分布的影响规律,该文建立了气泡雾化喷雾可视化试验系统,采用试验方法获得喷嘴内气液两相流流型及宏观喷雾形态;该文建立了喷嘴内和喷雾场中气液流动模型。研究结果表明,泡状流时喷孔出口含气率呈周期振荡衰减且含气率较低,搅拌流时喷孔出口截面含气率脉动幅度及其变化较小且含气率较高(较泡状流高1倍);搅拌流时喷雾形态脉动不明显,喷雾半锥角分布比较集中,而泡状流时正好相反,搅拌流时喷雾半锥角在8°~14°范围内的占比超过70%,而泡状流不到40%。搅拌流时喷孔出口附近液滴粒径分布更加集中且随轴向距离增加分布范围变化更大,液滴平均粒径比泡状流小4%左右;在喷孔出口附近,搅拌流时液滴粒径标准差明显小于泡状流时液滴粒径标准差,较泡状流小30%以上;不同气液两相流流型时液滴粒径分布的差异随轴向距离的增加而减小。研究结果可为气泡雾化喷射技术的发展以及不同领域喷嘴内流型的合理选择提供一定的理论和试验依据。