《高濃度液滴群在射流場中碰撞凝並的動力學特性研究》是依託杭州電子科技大學，由朱澤飛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高濃度液滴群在射流場中碰撞凝並的動力學特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱澤飛
- 依託單位：杭州電子科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
射流噴塗技術作為一個表面工程技術，能顯著提高材料綜合性能。在射流噴嘴壓力驅動下的局部高濃度液滴由於互相碰撞、凝並等造成的二次霧化，將直接影響液滴撞擊基板前的尺寸大小和空間分布，進而決定射流噴塗的質量指標。本項目的總體構想是通過模擬平面及三維射流場中，高濃度液滴群在噴嘴出口壓力驅動下由湍流運動和布朗運動所導致的碰撞、凝並等動力學事件的時空演變過程，分析液滴顆粒不同初始分布、尺度、濃度和流場中小尺度耗散渦、大尺度含能渦等共同影響下的液滴群動力學行為的發展規律，揭示在工程實際中不同工況條件對液滴群最終尺度、濃度等分布的影響機理，為改進射流噴塗技術工藝和升級改造噴塗設備提供理論支撐。
結題摘要
高濃度液滴群在射流場中碰撞凝並的動力學特性涉及射流噴塗技術、3-D列印技術、射流霧化技術、射流乾燥技術以及發動機液體燃料的噴射燃燒等，射流場中由於氣體對液滴的作用力超過液體表面張力，就會產生液滴的破碎，產生直徑更小的液滴。反之，氣流剪下減小的情況下，小液滴之間產生碰撞時會產生凝並現象。然而，在射流場中由於各處流場相差甚大，氣流速度範圍很廣，因此在射流場中液滴既會產生破碎現象，也會產生凝並現象，這是一個十分複雜的動力學過程。 根據項目計畫書的研究內容，本課題組主要做了四個方面的工作： （1）高濃度液滴群的湍流碰撞與凝並的數值模型建立；為了模擬液滴在射流中的變形、破碎、碰撞、凝並，需要建立相應的數值模型。首先採用LES直接數值模擬計算射流場，而內部液滴的運動根據郎之萬方程進行求解，其中氣流場對液滴的作用力主要考慮熱泳力、布朗力、粘性力和慣性力，其中氣流場的湍流脈動產生的隨機力跟布朗力進行同樣的積分處理。這種模型能捕捉到氣流場的湍流脈動對液滴的運動的影響，而LES也能從總體上把握各種參數對整個射流場的影響，從而能夠準確預測射流場中的液滴尺寸與分布。 （2）射流場內高濃度液滴群的碰撞及凝並的數值模擬； 模擬了不同大小液滴在不同條件下液滴的變形與破碎，總結We數、Re數、Oh數等對液滴的變形與破碎的影響規律，也總結了液滴破碎類型與相應的條件。此外也模擬液滴在不同條件下相互作用與凝並，總結其規律。最後用 GDE方程去描述液滴群在流場中內部變數的動力學演變過程，計算不同時刻液滴大小、分布及演變過程。 （3）射流場中微米顆粒間湍流碰撞的PIV實驗研究。 搭建了基於PIV圖像的射流場中液滴分布規律的實驗台，並對含螢光顆粒的液滴的位置、大小、分布和運動等信息進行測量，以定性驗證數值模擬的結果，同時也定量驗證了射流場計算的準確性。 （4）射流場的套用研究 進行了基於射流的粒子發生器的研究，研究不同條件下粒子分布規律；還進行了射流自動紡紗穿線研究，研究紗線在射流場中的運動規律。
