文档介绍：第四章可变形颗粒动力学
§4-1 液体的雾化
当液体的流速极低或者相当高时,在气体中或者其它液体中将会形成液滴,即出现所谓的液体雾化
液体雾化的基本机理是液体自由表面的失稳,取决于:
1)扰动的振幅,无限小还是有限大;
2)流场的形状,液体射流、液体薄片、大液滴分裂等;
3)流场中的主要作用力,表面张力、粘性力、压力、离心力和(或)静电力。
1、流体流动稳定性中扰动幅度的影响
1)对于无限小扰动,有比较完善的流动稳定性理论,可给出扰动一开始将发展还是受抑制的条件;
2)对于有限大扰动,尚无精确的稳定性理论,大多雾化的研究是实验研究;
3)可用某些重要的无量纲参数处理实验数据;
4)引入韦伯数:
5)对一个直径为d的大液滴的分裂,取L=d, ρ=ρg, U=Ug-UL, 则, 若We>12,则液滴将分裂。
2、液体系统的外形
1)液体的雾化取决于液体的形状;
2)实用中应以最小的代价使液体在最大的面积上分裂并散开;
3)一种可改善雾化过程性能和雾化效果的方法是采用扇形喷嘴以形成液体薄片,在有限扰动时分裂成细条,直至再分裂成细小液滴;
4)扰动的增长速度取决于韦伯数和雷诺数。
3、各种雾化方式及装置中的各种力
1)压力雾化
强制液体通过一个小孔以达到液体的雾化。
主要力:通过小孔的压力,液体的表面张力,液体粘性力;
流量取决于压降;
主要的无量纲参数为韦伯数和雷诺数。
2)离心力压力雾化
流体的流量由通过喷嘴的压降控制;
在喷嘴前对液体提供离心加速度或作旋涡运动的动力;
液体的有效韦伯数会因旋转而增大,从而得到更好的雾化。
3、各种雾化方式及装置中的各种力
3)气动雾化
液体射流或液滴处于高速射流中,在气速达到某一临界值时发生的分裂。
广泛应用于火箭发动机中的燃烧过程;
韦伯数中的特征速度应取气体速度。
4)超声雾化
液滴用频率为ω的超声波分裂
液滴的大小取决于超声波的频率;
将频率ω和液滴直径乘积作为特征速度;
4)超声雾化
若雾化过程发生在We的某个临界值以上,We=K3, 则
5)静电雾化
静电力加于液体射流,主要力为表面张力和静电力
§4-2 单个液滴的运动
1、下垂液滴的状态方程
R为点(x, z) 处的曲率半径,b为原点处的曲率半径;
β= -b2g/σT, θ为点(x,z)处的倾斜角。
β决定液顶的形状;
b 决定液滴的大小。
下垂液滴的头部形状
2、下垂液滴的运动
1)对于巨大介质中的一个孤立液滴,达到终端速度时的受力
Ad 为液滴的正投影面积,Vd 为液滴体积
2)考虑液滴为具有粘性的流体球,在Stokes流动范围内,
液滴的终端速度
3)液滴因周围介质的剪切作用,达到终端速度时的受力
k为阻滞效率引起的系数,取决于环流型式及Re数
对于非球形液滴,CD 应取实际液滴形状的系数值;
对于大液滴,在下落过程中液滴将发生改变:
大液滴——扁平液滴——分裂成小液滴
§4-3 液体燃料的雾化性能
1、雾化角
指喷雾出口到雾炬外包络线的切线间的夹角,也称喷雾锥角
雾化角示意图