冪律流體射流破碎機理的研究

《冪律流體射流破碎機理的研究》是依託天津大學，由杜青擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：冪律流體射流破碎機理的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：杜青
• 依託單位：天津大學

項目摘要

冪律流體是一種重要的非牛頓流體，對冪律流體破碎機理的研究既是一個理論上具有普適意義的科學問題，又是一個具有廣泛套用的技術問題。但目前對冪律流體射流破碎還有許多基本的問題尚不清楚。本項目擬綜合基於不穩定性的理論分析技術、基於格子玻爾茲曼模型的數值仿真技術和基於光學測試的實驗測試技術，深入研究冪律流體射流破碎這一複雜物理現象，理解和掌握冪律流體射流破碎的機理，並獲得各種影響因素，包括射流參數、結構參數、環境參數、流變參數等對液體射流不穩定性特徵，如最大擾動增長率特徵、最不穩定波數特徵、破碎模式特徵等微觀特徵和破碎長度、破碎尺度等巨觀特徵的影響規律。在此基礎上，獲得更為符合實際、具有更高精度和適應性的冪律流體射流破碎預測模型，對各種條件下射流破碎的過程及特徵進行有效的預測，從而實現對射流更為有效的控制。這對於以冪律流體作為燃料的發動機燃燒系統的改進和最佳化尤其具有十分重要的意義。

結題摘要

冪律流體是一種非常重要的非牛頓流體，對冪律流體破碎機理的研究既是一個具有普適意義的科學問題，也是一個具有廣泛套用背景的技術問題。由於冪律流體的多樣性和複雜性，目前對於冪律流體射流破碎還有很多基本問題尚不清楚。本項目對這一現象進行了理論、仿真和實驗研究，以揭示射流破碎的機理和特徵。基於線性不穩定性理論，建立了冪律流體射流的破碎模型，考慮冪律流體特殊的本構關係，獲得了表征射流不穩定性的色散方程，得到了不穩定表面波的增長率隨波數的變化關係。對色散方程進行了數值求解，獲得了各種參數對於射流不穩定性特徵的影響規律，揭示了冪律流體射流破碎的機理。在此基礎上，根據不穩定性理論，建立了冪律流體射流特徵的預測模型，實現了對於射流破碎的破碎長度和破碎尺度的預測。在此基礎上，採用基於VOF界面捕捉方法的CFD仿真技術，建立了冪律流體管內流動模型和射流破碎模型，研究了各種射流條件對冪律流體射流破碎的形貌特徵、發展規律和破碎特徵的影響，證明了射流破碎不穩定性理論的研究結果。同時，建立和完善了凝膠液滴蒸發模型，得到了各種參數對凝膠單液滴蒸發的影響規律。 設計搭建了由液體輸運與噴射系統、環境參數控制系統、形貌特徵測量系統和粒徑測量系統組成的冪律流體射流破碎實驗系統，採用高速攝像技術研究了冪律流體射流破碎的發展過程、形貌特徵，定義並提取了相應的形貌特徵參數，研究射流條件對射流破碎形貌特徵參數的影響規律。採用相位都卜勒技術研究了冪律流體圓柱射流及旋流射流在噴嘴下游破碎形成的液滴粒徑與液滴速度的大小和分布規律，證明了理論和仿真研究所得到的結論的正確性。完成了項目所規定的研究內容、技術指標及成果指標。完成學術論文13篇，其中SCI期刊論文4篇，高水平會議論文4篇，EI收錄論文5篇，已申請國家發明專利1項。參加國際國內會議5次，邀請國外學者來校6人次。培養博士4人，畢業2人；培養碩士生8人，畢業7人。